Nitrogen-doped carbon spheres with precisely-constructed pyridinic-N active sites for efficient oxygen reduction

电催化剂 催化作用 材料科学 热解 碳纤维 化学工程 兴奋剂 氧气 甲醇 纳米技术 化学 电极 电化学 有机化学 复合数 复合材料 光电子学 工程类 物理化学
作者
Yong Zheng,Shan Chen,Xiaohui Yu,Kunming Li,Xuepeng Ni,Liqun Ye
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:598: 153786-153786 被引量:122
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.153786
摘要

The intelligent design of non-metallic catalysts with high-performance and long-term stability towards oxygen reduction reaction (ORR) is essentially required for green and sustainable energy conversion systems. Optimizing carbon nanomaterials with abundant and uniformly distributed nitrogen (N)-type active sites provide more advantages for boosting the ORR. However, designing catalysts with well-defined N-doping active sites is extremely challenging using the current methods/techniques. Herein, we report a rational solvothermal strategy to synthesize covalent triazine polymers (CTPs), which act as ideal “all in one” precursors to fabricate N-doped non-metallic catalyst via subsequent pyrolysis. Due to abundant and precisely-constructed pyridinic-N active sites, the newly-realized N-doped carbon spheres (N/N-CS) catalyst exhibits superb catalytic activity for the ORR with a high half-wave potential (E1/2 = 0.865 V vs. RHE), excellent tolerance to methanol and great long-term performance. Impressively, while being utilized as cathode material in primary Zn-air batteries, the N/N-CS electrode performs a superior peak power density (∼148 mW cm−2) to that of commercial Pt/C electrocatalyst (∼123 mW cm−2). This work expands an innovative and high-efficiency method for synthesizing non-metallic electrocatalysts with precisely-controlled active sites offering remarkable catalytic ability towards various energy conversion reactions.
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