Synergistic effects of hierarchical porous structures and ultra-high pyridine nitrogen doping enhance the oxygen reduction reaction electrocatalytic performance of metal-free laminated lignin-based carbon

催化作用 电催化剂 化学工程 碳纤维 材料科学 微型多孔材料 限制电流 无机化学 阴极 化学 电化学 有机化学 电极 复合数 物理化学 复合材料 工程类
作者
Zihao Ma,Yukai Duan,Yao Liu,Ying Han,Xing Wang,Guangwei Sun,Yao Li
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:256: 128292-128292 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128292
摘要

Construction of non-metallic biomass-carbon based catalysts for fuel cell air cathode applications has attracted great attention in recent years. In this work, a convenient and clean technique was developed to fabrication nitrogen-doped lignin-based hierarchical porous lamellar carbon (N-LHPC) via lignin as the carbon precursor, melamine/urea as the nitrogen source and ZnC2O4.2H2O as the chemical activator. The N-LHPC has a high specific surface area (491.5 m2 g−1) and macroporous/mesoporous/microporous structures. The nitrogen doping of N-LHPC can reach 16.37 wt%, with a high pyridinic nitrogen content of 41.39 at.%. N-LHPC exhibits a high half-wave potential (0.87 V) and a large limiting current density (5.75 mA cm−2) in 0.1 mol KOH media which is comparable to the commercial Pt/C catalysts. Furthermore, N-LHPC was assembled as air cathode catalyst for Zn-air batteries to evaluate its practical catalytic performance, and the power density was as high as 191 mW cm−2, which was superior to the 20 wt% Pt/C electrocatalyst. This research demonstrates that lignin is a promising carbon source for the fabrication of high catalytic activity and economical electrocatalysts for energy storage systems.
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