Three-dimensional hierarchical graphitic carbon encapsulated CoNi alloy/N-doped CNTs/carbon nanofibers as an efficient multifunctional electrocatalyst for high-performance microbial fuel cells

材料科学 化学工程 电催化剂 燃料电池 合金 纳米纤维 碳纳米纤维 兴奋剂 碳纤维 碳纳米管 纳米技术 电化学 复合材料 化学 电极 复合数 工程类 物理化学 光电子学
作者
Jiajia Li,Jiaqi Qian,Xiaoyu Chen,Xiaoxi Zeng,Ling Li,Bo Ouyang,Erjun Kan,Wenming Zhang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:231: 109573-109573 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109573
摘要

A novel Co/Ni metal-organic framework (MOF)-derived three-dimensional (3D) nanoarchitecture in which graphene carbon-coated CoNi alloy nanoparticles grow on the tips of N-doped carbon nanotubes that are vertically-aligned on carbon nanofibers (Co/Ni@GC/NCNTs/CNFs) is fabricated. The Co/Ni@GC/NCNTs/CNFs electrode has a half-wave oxygen reduction reaction (ORR) potential of 0.80 V, a superior standing stability with 84.8% current retention after 175 000 s. The oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) reach a lower overpotential of 0.395 V and 0.15 V, respectively. Moreover, the resultant sample is an air cathode catalyst in a microbial fuel cell and indicates an utmost power density of 2100 ± 45 mW cm −2 , which is much better than that of the Pt/C electrode (1334 ± 61 mW m −2 ). The density functional theory calculation demonstrates that the designed Co/Ni@GC/NCNTs/CNFs catalyst can remarkably promote OER, ORR, and HER performance. • Co/Ni MOF-derived graphene carbon-coated CoNi alloy/NCNTs/CNFs was fabricated. • Co/Ni@GC/NCNTs/CNFs endows excellent ORR, OER and HER properties. • The as-prepared electrode exhibits high power density of 2100 ± 45 mW cm −2 in MFCs. • Superior property is due to the synergy of abundant active sites and 3D structure.
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