Porous N, B co-doped carbon nanotubes as efficient metal-free electrocatalysts for ORR and Zn-air batteries

杂原子 材料科学 催化作用 碳纳米管 化学工程 电解质 碳纤维 电化学 无机化学 纳米技术 电极 化学 有机化学 复合材料 戒指(化学) 物理化学 复合数 工程类
作者
Peng Wei,Xiaogang Li,Zhimin He,Xueping Sun,Qirui Liang,Zhengying Wang,Chun Fang,Qing Li,Hui Yang,Jiantao Han,Yunhui Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:422: 130134-130134 被引量:175
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130134
摘要

The flexible design and construction of oxygen reduction reaction (ORR) catalysts with high activity, great stability, and superior cost efficiency are essential for metal-air batteries and fuel cells. Hollow carbon nanotubes (CNTs) are considered promising electrocatalysts owing to their outstanding thermal stability, robust chemical properties, and high specific surface area. Herein, a convenient and controllable solid-phase route is proposed for the preparation of porous nitrogen (N) and boron (B) co-doped carbon nanotubes (NBCNT) by using tubular polypyrrole (PPy) and sodium tetraphenylboron ((C6H5)4BNa), in which (C6H5)4BNa serves not only as a B source but also as a pore-forming agent that can help to regulate N configuration and expose more active sites. Due to the synergistic effects of porous one-dimensional hollow structure and the binary heteroatom doping, the optimized NBCNT catalyst demonstrates superior catalytic performance for ORR in both acidic and alkaline electrolytes. Moreover, Zn-air batteries are constructed based on the as-prepared catalysts, which reveal a high operating voltage (1.43 V) and peak power density (173.93 mW cm−2), further demonstrating a comparable electrocatalytic performance of the catalysts to commercial Pt/C catalyst. This work reveals a novel construction of high-efficiency and cost-effective metal-free catalysts for various energy conversion and storage technologies.
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