一鍋法合成氧還原反應的鈷基類石墨烯結構摻雜碳材料

2020-12-03 材料分析與應用

本文要點：

一鍋法製備Co，N和F摻雜的石墨烯狀結構催化劑的方法

成果簡介

氧還原反應（ORR）的性能是燃料電池的核心問題。ORR是一個緩慢的動力學過程。鉑通常用於加速反應。這是燃料電池進一步發展的瓶頸。過渡金屬和雜原子共摻雜碳材料在ORR催化中具有巨大潛力。但是，一步法合成高活性和穩定性的過渡金屬和雜原子共摻雜電催化劑仍然是一個挑戰。本文，用一步法由三聚氰胺，聚四氟乙烯和乙酸鈷製備氮，氟和鈷共摻雜的碳催化劑MPCo-950-5。MPCo-950-5具有石墨烯結構，比表面積為642 m 2 g -1。與商用Pt / C相比，MPCo-950-5的ORR半波電勢移了35 mV。此外，MPCo-950-5還具有出色的穩定性和甲醇耐受性。這項工作是製備高ORR活性過渡金屬和雜原子共摻雜碳材料的一種簡單可行的方法。

圖文導讀

圖1、MPCo-T-N系列樣品和商用Pt / C的ORR極化圖。

圖2、電化學測量：（a） MPCo-950-5的LSV曲線；（b） MPCo-950-5的相應K-L圖。（c） MPCo-950-5和Pt / C的耐久性測試曲線持續30,000 s。（d）添加甲醇後MPCo-950-5和Pt / C的計時電流響應。

圖4、MPCo-700-5，MPCo-900-5，MPCo-950-5和MPCo-1000-5的XRD模式。

圖5、（a）樣品MPCo-950-5得SEM圖像； （b，c，d）樣品MPCo-950-5的TEM圖像； （e）MPCo-950穩定性測試後的TEM圖像。

圖6、a，b）（1）C，（2）N，（3）O，（4）F和（5）Co的相應元素映射圖像。

圖7、MPCo-950-5的形成過程示意圖。

小結

通過一步法製備N，F和Co摻雜的石墨烯狀結構材料。MPCo-950-5在鹼性溶液中的ORR性能優於商用Pt / C。催化劑的優異性能歸因於N，F和Co的共摻雜及其協同作用。本研究為設計一種低成本，簡單的新型ORR催化劑提供了一種可行的方法。

文獻：

A OnePot Method to Synthesize a CoBased GrapheneLike Structure Doped Carbon Material for the Oxygen Reduction Reaction

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