Synergistic Effects of Fe3O4/N‐Doped Porous Carbon Nanospheres for Enhanced Oxygen Reduction Reaction

催化作用 电催化剂 碳纤维 材料科学 化学工程 纳米颗粒 多孔性 电导率 氧化物 复合数 纳米技术 无机化学 化学 复合材料 电化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Xiaoge Li,Huixian Liu,Changxiao Sun,Qinchao Wang,Jie Han
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/chem.202404339
摘要

Designing transition metal oxide (TMO)/porous carbon composite materials for the oxygen reduction reaction (ORR) is a promising strategy in high‐performance fuel cell technology. In this study, we used the isolation effect and pore‐creating properties of Zn2+ to fabricate a composite material comprising ultrasmall Fe3O4 particles anchored on hierarchically N‐doped porous carbon nanospheres. This material, referred to as CPZ1.0‐Fe0.1, serves as an efficient ORR electrocatalyst in alkaline fuel cells. CPZ1.0‐Fe0.1 exhibits outstanding ORR catalytic activity with a half‐wave potential of 0.86 V in a 0.1 M KOH solution, surpassing that of the Pt/C catalyst (0.82 V). Furthermore, CPZ1.0‐Fe0.1 exhibited excellent stability with minimal current degradation after 18 h of continuous testing. The superior ORR catalytic performance can be attributed to the synergistic effect between the catalytic sites and the high conductivity of porous carbon. The porous carbon nanospheres effectively address the low conductivity of Fe3O4 nanoparticles, while the ultra‐small Fe3O4 nanoparticles anchored on the carbon surface provide efficient catalytic sites for the ORR.
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