全部 标题 作者
关键词 摘要

OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用：99美元
投递稿件

查看量下载量

相关文章

更多...
-  2017 


DOI: 10.3866/PKU.WHXB201704131

Full-Text   Cite this paper   Add to My Lib

Abstract:

过渡金属氮掺杂碳基催化剂已成为替代铂基氧还原反应（ORR）电催化剂的理想选择。本文通过静电纺丝技术制备了高比表面、高度分散的钴原子配位氮掺杂的碳纳米纤维催化剂（Co-N/C）。X射线衍射（XRD）和高分辨率透射电镜（HRTEM）结果证实Co元素高度分散于制备的Co-N/C催化剂中。X射线光电子能谱结果表明N元素主要以吡啶N和石墨N形式存在。该Co-N/C催化剂对ORR反应呈现出较高的电催化活性，其氧还原起始和半波电位分别为0.92 V和0.80 V（相对于标准氢电极），接近于商业化Pt/C催化剂的性能。以制备的Co-N/C催化剂作为阴极，25℃下锌空气燃料电池的开路电位1.54 V、最大功率密度达到了190 mV·cm-2表明该催化剂具有良好的应用前景。
Transition metal-nitrogen doped carbon-based catalysts have become promising alternatives to precious metal catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR). Here, we report a nitrogen-doped carbon nanofiber electrocatalyst coordinated with highly dispersed cobalt atoms (Co-N/C) with a high specific surface area prepared by an electrospinning method. X-ray diffraction (XRD) and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) results confirmed that Co was highly dispersed within the prepared Co-N/C catalyst. X-ray photoelectron spectroscopy for N 1s spectra showed that the N species mainly existed in the forms of pyridinic N and graphitic N. This Co-N/C catalyst exhibited considerable ORR performance with onset and half-wave potentials at 0.92 and 0.80 V (relative to the reversible hydrogen electrode (RHE)), which are comparable to those of commercial Pt/C. With the prepared Co-N/C catalyst as the cathode, a Zn-air battery displayed an open-circuit potential of 1.54 V and a peak power density of 190 mW·cm-2 at 25℃, which suggest a promising application

 References

[1]  1 Liu Y. ; Ruan J. ; Sang S. ; Zhou Z. ; Wu Q. Electrochim. Acta 2016, 215, 388. doi: 10.1016/j.electacta.2016.08.090
[2]  3 Zhang J. ; Zhao Z. ; Xia Z. ; Dai L. Nat. Nanotechnol. 2015, 10 (5), 444. doi: 10.1038/nnano.2015.48
[3]  8 Yang W. ; Liu X. ; Yue X. ; Jia J. ; Guo S. J.Am. Chem. Soc. 2015, 137 (4), 1436. doi: 10.1021/ja5129132
[4]  廖世军; 彭洪亮; 张丙青. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40 (10), 121. doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2012.10.017
[5]  16 Lin L. ; Zhu Q. ; Xu A. W. J.Am. Chem. Soc. 2014, 136 (31), 11027. doi: 10.1021/ja504696r
[6]  17 Wu G. ; More K. L. ; Xu P. ; Wang H. L. ; Ferrandon M. ; Kropf A. J. ; Myers D. J. ; Ma S. ; Johnston C. M. ; Zelenay P. Chem. Commun. 2013, 49 (32), 3291. doi: 10.1039/c3cc39121c
[7]  19 Wang Y. ; Kong A. ; Chen X. ; Lin Q. ; Feng P. ACS Catal. 2015, 5 (6), 3887. doi: 10.1021/acscatal.5b00530
[8]  24 Song H. ; Ding Y. ; Yang J. ; Xu H. Chin.J.Chem. Phys. 2016, 29 (6), 693. doi: 10.1063/1674-0068/29/cjcp1605115
[9]  25 Liu R. ; von Malotki C. ; Arnold L. ; Koshino N. ; Higashimura H. ; Baumgarten M. ; Mullen K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (27), 10372. doi: 10.1021/ja203776f
[10]  26 Cao R. ; Thapa R. ; Kim H. ; Xu X. ; Gyu Kim M. ; Li Q. ; Park N. ; Liu M. ; Cho J. Nat. Commun. 2013, 4, 2076. doi: 10.1038/ncomms3076
[11]  28 Wei P. J. ; Yu G. Q. ; Naruta Y. ; Liu J. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53 (26), 6659. doi: 10.1002/anie.201403133
[12]  32 Guo D. ; Shibuya R. ; Akiba C. ; Saji S. ; Kondo T. ; Nakamura J. Science 2016, 351 (6271), 361. doi: 10.1126/science.aad0832
[13]  35 Liang Y. ; Wang H. ; Zhou J. ; Li Y. ; Wang J. ; Regier T. ; Dai H. J.Am. Chem. Soc. 2012, 134 (7), 3517. doi: 10.1021/ja210924t
[14]  39 Liu Q. ; Wang Y. ; Dai L. ; Yao J. Adv. Mater. 2016, 28 (15), 3000. doi: 10.1002/adma.201506112
[15]  40 Guo S. ; Zhang S. ; Wu L. ; Sun S. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (47), 11770. doi: 10.1002/anie.201206152
[16]  44 Su F. ; Poh C. K. ; Chen J. S. ; Xu G. ; Wang D. ; Li Q. ; Lin J. ; Lou X. W. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (3), 717. doi: 10.1039/c0ee00277a
[17]  45 Palaniselvam T. ; Kashyap V. ; Bhange S. N. ; Baek J. B. ; Kurungot S. Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (13), 2150. doi: 10.1002/adfm.201504765
[18]  6 Chang S. T. ; Huang H. C. ; Wang H. C. ; Hsu H. C. ; Lee J. F. ; Wang C. H. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39 (2), 934. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.10.082
[19]  7 Tylus U. ; Jia Q. ; Strickland K. ; Ramaswamy N. ; Serov A. ; Atanassov P. ; Mukerjee S. J.Phys. Chem. C 2014, 118 (17), 8999. doi: 10.1021/jp500781v
[20]  10 Yang S. ; Feng X. ; Wang X. ; Mullen K. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (23), 5339. doi: 10.1002/anie.201100170
[21]  13 Fu X. ; Choi J. Y. ; Zamani P. ; Jiang G. ; Hoque M. A. ; Hassan F. M. ; Chen Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8 (10), 6488. doi: 10.1021/acsami.5b12746
[22]  李赏; 王家堂; 陈锐鑫; 赵伟; 钱柳; 潘牧. 物理化学学报, 2013, 29 (4), 792. doi: 10.3866/PKU.WHXB201302221
[23]  18 Wang Q. ; Zhou Z. Y. ; Lai Y. J. ; You Y. ; Liu J. G. ; Wu X. L. ; Terefe E. ; Chen C. ; Song L. ; Rauf M. ; Tian N. ; Sun S. G. J.Am. Chem. Soc. 2014, 136 (31), 10882. doi: 10.1021/ja505777v
[24]  20 Chao S. ; Bai Z. ; Cui Q. ; Yan H. ; Wang K. ; Yang L. Carbon 2015, 82, 77. doi: 10.1016/j.carbon.2014.10.034
[25]  21 Liu R. ; Jin Y. ; Xu P. ; Xing X. ; Yang Y. ; Wu D. J.Colloid Interface Sci. 2016, 464, 83. doi: 10.1016/j.jcis.2015.11.007
[26]  27 Yin H. ; Zhang C. ; Liu F. ; Hou Y. Adv. Funct. Mater. 2014, 24 (20), 2930. doi: 10.1002/adfm.201303902
[27]  30 Wu Z. S. ; Chen L. ; Liu J. ; Parvez K. ; Liang H. ; Shu J. ; Sachdev H. ; Graf R. ; Feng X. ; Mullen K. Adv. Mater. 2014, 26 (9), 1450. doi: 10.1002/adma.201304147
[28]  33 Zitolo A. ; Goellner V. ; Armel V. ; Sougrati M. T. ; Mineva T. ; Stievano L. ; Fonda E. ; Jaouen F. Nat. Mater. 2015, 14 (9), 937. doi: 10.1038/nmat4367
[29]  34 Liang H. W. ; Wei W. ; Wu Z. S. ; Feng X. ; Mullen K. J.Am. Chem. Soc. 2013, 135 (43), 16002. doi: 10.1021/ja407552k
[30]  36 Liu J. ; Hu Y. ; Cao J. Catal. Commun. 2015, 66, 91. doi: 10.1016/j.catcom.2015.03.027
[31]  37 Bhardwaj N. ; Kundu S. C. Biotechnol. Adv. 2010, 28 (3), 325. doi: 10.1016/j.biotechadv.2010.01.004
[32]  2 Cheng F. ; Shen J. ; Peng B. ; Pan Y. ; Tao Z. ; Chen J. Nat. Chem. 2011, 3 (1), 79. doi: 10.1038/nchem.931
[33]  5 Li C. ; Han Z. ; Yu Y. ; Zhang Y. ; Dong B. ; Kong A. ; Shan Y. RSC Adv. 2016, 6 (18), 15167. doi: 10.1039/c5ra25862f
[34]  9 Jiang H. ; Yao Y. ; Zhu Y. ; Liu Y. ; Su Y. ; Yang X. ; Li C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (38), 21511. doi: 10.1021/acsami.5b06708
[35]  31 Liang H. W. ; Zhuang X. ; Bruller S. ; Feng X. ; Mullen K. Nat. Commun. 2014, 5, 4973. doi: 10.1038/ncomms5973
[36]  38 Wang Z. ; Zuo P. ; Fan L. ; Han J. ; Xiong Y. ; Yin G. J.Power Sources 2016, 311, 68. doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.02.012
[37]  41 Chung H. T. ; Won J. H. ; Zelenay P. Nat. Commun. 2013, 4, 1922. doi: 10.1038/ncomms2944
[38]  42 Chaudhari N. K. ; Song M. Y. ; Yu J. S. Sci. Rep. 2014, 4, 5221. doi: 10.1038/srep05221
[39]  43 Duan J. ; Chen S. ; Dai S. ; Qiao S. Z. Adv. Funct. Mater. 2014, 24 (14), 2072. doi: 10.1002/adfm.201302940
[40]  4 Li Y. ; Gong M. ; Liang Y. ; Feng J. ; Kim J. E. ; Wang H. ; Hong G. ; Zhang B. ; Dai H. Nat. Commun. 2013, 4, 1805. doi: 10.1038/ncomms2812
[41]  11 Yang Z. ; Yao Z. ; Li G. ; Fang G. ; Nie H. ; Liu Z. ; Zhou X. ; Chen X. ; Huang S. ACS Nano 2012, 6 (1), 205. doi: 10.1021/nn203393d
[42]  12 Liao S. ; Peng H. ; Zhang B. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition) 2012, 40 (10), 121. doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2012.10.017
[43]  14 Lin L. ; Yang Z. K. ; Jiang Y. F. ; Xu A. W. ACS Catal. 2016, 6 (7), 4449. doi: 10.1021/acscatal.6b00535
[44]  15 Li S. ; Wang J. ; Chen R. ; Zhao W. ; Qian L. ; Pan M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (4), 792. doi: 10.3866/PKU.WHXB201302221
[45]  22 Wang X. ; Zhang H. ; Lin H. ; Gupta S. ; Wang C. ; Tao Z. ; Fu H. ; Wang T. ; Zheng J. ; Wu G. ; Li X. Nano Energy 2016, 25, 110. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.04.042
[46]  23 Yin P. ; Yao T. ; Wu Y. ; Zheng L. ; Lin Y. ; Liu W. ; Ju H. ; Zhu J. ; Hong X. ; Deng Z. ; Zhou G. ; Wei S. ; Li Y. Angew. Chem.,Int. Ed. 2016, 55 (36), 10800. doi: 10.1002/anie.201604802
[47]  29 Hijazi I. ; Bourgeteau T. ; Cornut R. ; Morozan A. ; Filoramo A. ; Leroy J. ; Derycke V. ; Jousselme B. ; Campidelli S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (17), 6348. doi: 10.1021/ja500984k
[48]  46 Sun T. ; Xu L. ; Li S. ; Chai W. ; Huang Y. ; Yan Y. ; Chen J. Appl. Catal.,B 2016, 193, 1. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.04.006
[49]  47 Katsounaros I. ; Cherevko S. ; Zeradjanin A. R. ; Mayrhofer K. J. Angew. Chem.,Int. Ed. 2014, 53 (1), 102. doi: 10.1002/anie.201306588
[50]  48 Wu Z. S. ; Yang S. ; Sun Y. ; Parvez K. ; Feng X. ; Mullen K. J.Am. Chem. Soc. 2012, 134 (22), 9082. doi: 10.1021/ja3030565

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133