Self‐Supported ZIF‐Derived Co3O4 Nanoparticles‐Decorated Porous N‐Doped Carbon Fibers as Oxygen Reduction Catalyst

催化作用 材料科学 水溶液 纳米颗粒 电催化剂 电化学 化学工程 电解质 氧气 静电纺丝 碳纤维 无机化学 化学 纳米技术 电极 复合材料 有机化学 复合数 聚合物 工程类 物理化学
作者
Li Song,Jing Tang,Tao Wang,Chao Wu,Yusuke Ide,Jianping He,Yusuke Yamauchi
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:25 (27): 6807-6813 被引量:25
标识
DOI:10.1002/chem.201900197
摘要

Abstract Oxygen reduction is a significant cathodic reaction in the state‐of‐art clean energy devices such as fuel cell and metal–oxygen battery. Here, ZIF‐incorporated hybrid polymeric fibres have been fabricated by using a dual‐phase electrospinning method. These are then transformed into Co 3 O 4 ‐nanoparticle‐decorated porous N‐doped carbon fibres (ZIF‐Co 3 O 4 /NCF) through multi‐step annealing treatment. The resultant ZIF‐Co 3 O 4 /NCF is interweaved into a self‐supported film and can be used as a bi‐functional catalyst for catalysing oxygen reduction in both aqueous and non‐aqueous electrolytes. Electrochemical tests demonstrate that ZIF‐Co 3 O 4 /NCF displays a high catalytic activity for oxygen reduction with a half‐wave potential ( E 1/2 ) of 0.813 V (vs. RHE) and an almost favourable four‐electron reduction pathway in alkaline medium. ZIF‐Co 3 O 4 /NCF catalyst only shows 4 mV negative shift of E 1/2 after 5000 continuous CV cycles. In addition, the ZIF‐Co 3 O 4 /NCF can be applied as the cathode catalyst of non‐aqueous Li–O 2 battery, exhibiting a remarkable ORR activity in LiPF 6 contained 1,2‐dimethoxyethane electrolyte. The excellent electrocatalytic performance of ZIF‐Co 3 O 4 /NCF is probably due to the abundance of active sites of graphitic carbon‐wrapped Co 3 O 4 nanoparticles, as well as the cross‐linked fibrous nitrogen‐doped carbon texture.
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