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

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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:133
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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