Nano Letters:一种分散在富缺陷多孔碳纳米纤维上的双金属氟化物异质结高效ORR催化剂的简便合成
Nanoyu Nanoyu 2021-03-03


开发高效、稳定、低成本的氧还原反应(ORR)催化剂是实现金属−空气电池规模化应用的关键。

近日,东华大学丁彬教授,闫建华研究员报道了一种高效的双金属铜和钴氟化物异质结ORR催化剂(CuCoF2@PCNFs),其均匀地分散含有分级宏观-微观微孔的氮-氟-氧(N−F−O)三重掺杂的多孔纳米碳纤维(PCNFs)中。

文章要点

1为了产生大孔并增加PCNFs的孔隙率,研究人员采用了聚四氟乙烯(PTFE)NPs(直径约120 nm)作为大孔诱导剂。通过在去离子水中静电纺丝PTFE水乳液,乙酸铜(II)和乙酸钴(II),三聚氰胺和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物溶胶来合成催化剂材料。煅烧后,PTFE NP分解,并将电纺纳米纤维转变为具有气泡状大孔和丰富的介孔/微孔的N-F-O三重掺杂PCNFs。同时,胶体粒子转变为位于PCNFs中的CuCoF2异质结。受益于具有大量CuCoF2异质结(14.7 wt%)的精细碳结构,CuCoF2@PCNFs的催化剂具有332.9 m2/g的大比表面积。

2金属(M)-F的高离子键会产生高还原电势,高于相应的氧化物,硫化物和磷化物。同时,F-O键可提供与电解质的高界面,因此促进电子转移并促进多价金属态的形成。另一方面,这些杂原子掺杂剂可以通过增加PCNFs的电荷离域来调节PCNFs的电子特性,而通过配对和偶联的双金属位点的共存可以改变彼此的配位结构,并暴露出丰富的电活性位点,从而可以快速地进行氧的运输和有效的反应。

3实验结果显示,CuCoF2@PCNFs催化剂表现出长期稳定的ORR活性,具有0.84 V的大半波电势,优于商用Pt/C催化剂对照样品。因此CuCoF2@PCNFs可以作为一种新型ORR催化剂。

这项研究为非贵金属催化剂的合成提供了一种可行的策略。

 

参考文献

Jianhua Yan, et al, Facile Synthesis of Bimetallic Fluoride Heterojunctions on Defect-Enriched Porous Carbon Nanofibers for Efficient ORR Catalysts, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00242

https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00242


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