Fe3O4/N-CNTs derived from hypercrosslinked carbon nanotube as efficient catalyst for ORR in both acid and alkaline electrolytes

催化作用 碳纳米管 化学工程 微型多孔材料 甲醇 材料科学 电催化剂 电解质 电化学 吸附 热解 比表面积 化学 无机化学 纳米技术 电极 有机化学 复合材料 工程类 物理化学
作者
Kunpeng Song,Jinfeng Wei,Wen Dong,Zhijuan Zou,Jingyu Wang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (47): 20529-20539 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.04.175
摘要

The development of efficient and durable transition metal-based electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is a key step in the commercial application of renewable energy storage and conversion technology. Herein, a novel and convenient strategy was proposed to embed Fe3O4 nanoparticles into nitrogen-doped carbon nanotubes (Fe3O4/N-CNTs) by the Friedel-Crafts alkylation reaction of iron-tetraphenylporphyrin (FeTPP) and subsequent pyrolysis process. The hypercrosslinked FeTPP framework provided more exposed N and Fe3O4 active sites on the CNTs surface, and the feasibility to adjust the Fe contents that had a great influence on the composite structure. Moreover, the Fe3O4/N-CNTs served as a robust catalyst for the ORR in both acid and alkaline media. Compared with 20% Pt/C, Fe3O4/N-CNTs with Fe content of 2.62% exhibited excellent electrochemical performance in terms of positive onset potential (E0 = 0.920 V vs. RHE), half-wave potential (E1/2 = 0.804 V), much better methanol tolerance, and long-term durability. The remarkable performance of Fe3O4/N-CNTs was ascribed to the favorable oxygen adsorption and diffusion, which benefited from its large specific surface area and microporous structure, high reactivity by the exposed graphitic N and oxygen defects, and strong electronic interaction between Fe3O4 and N-doped CNTs.
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