Hierarchical meso-micro porous Fe N C derived from tripolycyanamide-based microporous polymer as efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction

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作者
Tongtong Zhu,Wei Yan,Yue Wang,Xuejin Mi,Yaozu Liao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:633: 265-274 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.11.095
摘要

Designing porous FeNC nanomaterials with highly efficient active sites is an effective strategy for constructing high-performance oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts. N-containing porous organic polymers (POPs) have emerged as promising candidates for the preparation of porous FeNC catalysts. Here, N-rich tripolycyanamide-based microporous polymer (TCAMP)-coated SiO2 nanospheres (SiO2@TACMP) were prepared as the precursors of an Fe-N doped hierarchical meso-micro porous carbon (Fe-N-HMC) electrocatalyst for the ORR. X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and transmission electron microscopy (TEM) characterizations demonstrated that the Fe-N-HMC catalyst possessed a higher content percentage of Fe-Nx active sites and a better distribution of Fe nanoparticles than its Fe-N doped microporous carbon (Fe-N-MC) counterpart. N2 adsorption-desorption isotherm analysis showed that Fe-N-HMC catalyst exhibited a hierarchical meso-micro porous system, with a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area (SBET) of 733 m2 g-1 (∼2 times of Fe-N-MC's SBET). As a result, Fe-N-HMC catalyst presented a highly efficient ORR performance with a half-wave potential of 0.856 mV, which is similar to the commercial grade 20 wt% Pt/C catalyst and superior to the Fe-N-MC catalyst. Moreover, the as-synthesized Fe-N-HMC catalyst displayed a better durability and methanol tolerance than the commercial Pt/C catalyst. Therefore, Fe-N-HMC shows great promise as an ORR catalyst for fuel batteries and metal-air cells due to its low-cost, high activity, and good stability.

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