菠菜衍生的多孔碳納米片作為高性能的氧還原反應催化劑

2020-09-23 材料分析與應用

本文要點：

使用富金屬植物作為前體製備高性能NPGM ORR催化劑鋪平了道路。


成果簡介

生物質衍生的多孔碳材料是用於氧還原反應（ORR）的有效電催化劑，在低溫燃料電池和金屬空氣電池中具有廣闊的應用前景。本文中，開發了一種以菠菜為碳，鐵和氮源製備多孔碳納米片的合成方法，並研究了其ORR催化性能。這些碳片表現出非常高的ORR活性，在0.1 M KOH中的半波電勢為+0.88 V，比市售Pt / C催化劑高20 mV。此外，它們顯示出比Pt / C更好的長期穩定性，並且對甲醇不敏感。出色的ORR性能歸因於主要來自Fe–N x的可訪問的高密度活性位點部分。這項工作為使用富含金屬的設備作為製備用於電化學能量轉換和存儲應用的多孔碳材料的來源鋪平了道路。

圖文導讀

方案1.製備菠菜衍生的碳納米片的程序示意圖


圖1. M + S + C900-900的代表性SEM（a–c）和TEM（d，e）圖像。（e）中的插圖是M+ S + C900-900 的電子衍射圖。


圖2. M + S + C900-900的結構表徵。


圖3. 在O 2飽和的0.1 M KOH中，M + S + C900-900和Pt / C 之間的甲醇耐受性和穩定性比較


圖5.對照實驗的結果。


小結

綜上所述，本文提出一種有效的合成方法製備菠菜衍生的雜原子摻雜的多孔碳片。這些材料在半波和起伏電位，長時間，穩定性和對甲醇中毒的抵抗性方面，在鹼性介質中均表現出優於Pt / C的ORR性能。它們還顯示在酸性介質中ORR活性接近Pt / C。對照實驗揭示了作為Fe–N x部分的活性中心以及微孔和中孔的重要作用。鑑於許多工廠都有積累金屬的能力，設想它們不僅可以用於從汙染環境中修復金屬，而且可以作為製備雜原子摻雜碳材料的天然前體，用作各種反應的催化劑和電化學儲能的電極材料。


文獻：Spinach-Derived Porous Carbon Nanosheets as High-Performance Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

Xiaojun Liu, Casey Culhane, Wenyue L, and Shouzhong Zou*

Cite this: ACS Omega 2020,

Publication Date:September 15, 2020

https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02673

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