Adv Mater:吡啶氮-硼原子对构建高性能碳ORR催化剂
纳米技术 纳米 2022-01-18

碳材料是一种具有前景的ORR电催化剂,因此在过去的十年间人们广泛的通过杂原子掺杂实现改善电催化活性。但是总体上这种离子掺杂的碳基催化剂性能难以与金属电催化剂相比。

有鉴于此,南京林业大学蒋剑春、范孟孟,上海大学王亮,河南农业大学YanyanLiu等报道发展了“double catalysts”(双催化剂),通过Fe盐和H3BO­3在多孔石墨纳米带/无定形碳上构建吡啶氮-硼原子对。在这种催化剂中,通过多孔结构和石墨烯分别能够促进离子/传质和电子传输,催化剂中吡啶N-B原子对结构的氮原子占比达到~80 %。

本文要点:

(1)

催化剂的ORR性能达到接近Pt/C的活性,比大多数报道的碳基催化剂展示了更高的催化活性。将催化剂组装到Zn-空气电池中,峰值能量达到94 mW cm-2

(2)

DFT计算模拟结果显示,吡啶氮-硼原子对在催化剂中的各种可能结构中表现最好的催化活性,因为靠近B原子的碳原子位点具有最高的电荷密度,因此增强了p带中心与中间体之间的相互作用,改善ORR催化活性。

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参考文献

Mengmeng Fan,Qixin Yuan,Yuying Zhao,Zeming Wang,Ao Wang,Yanyan Liu,Kang Sun,Liang Wang,Jingjie Wu,Jianchun Jiang,A Facile “Double Catalysts” Approach to Directionally Fabricate Pyridinic N-B Pair Doped Crystal Graphene Nanoribbons/Amorphous Carbon Hybrid Electrocatalysts for Efficient Oxygen Reduction Reaction, Adv. Mater. 2022, 2107040

DOI: 10.1002/adma.202107040

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107040


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