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Bottom-up synthesis of MOF-derived hollow N-doped carbon materials for enhanced ORR performance
Carbon ( IF 10.5 ) Pub Date : 2019-05-01 , DOI: 10.1016/j.carbon.2019.02.006 Lulu Chai , Linjie Zhang , Xian Wang , Leqiong Xu , Cheng Han , Ting-Ting Li , Yue Hu , Jinjie Qian , Shaoming Huang
Carbon ( IF 10.5 ) Pub Date : 2019-05-01 , DOI: 10.1016/j.carbon.2019.02.006 Lulu Chai , Linjie Zhang , Xian Wang , Leqiong Xu , Cheng Han , Ting-Ting Li , Yue Hu , Jinjie Qian , Shaoming Huang
Abstract The search on low-cost, ultra-stable, and high-performance non-novel metal replacements to the Pt-based catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) is of great urgency. Herein, a bottom-up method has been proposed to synthesize unique hollow N-doped carbon spheres (HNCSs) from an initial amorphous coordination polymer (CP) template-assisted route for the first time. HNCSs exhibit competitively comparable high electrocatalytic ORR activity, excellent reaction selectivity, and stronger long-term stability and negligible methanol crossover effect compared to the commercial Pt/C under the alkaline medium. Together with the other two reported carbonaceous ORR catalysts, including SCSs and NGPCs, our HNCSs possess the lowest Tafel slope of 65.7 mV dec−1 which is close to Pt/C (62.6 mV dec−1), and show much enhanced ORR activity (JL = 5.34 mA cm−2) and stability (Retention = 96.5%, Time = 10 h). This CP-templated route for hollow carbon materials will shed light on a new synthetic strategy to prepare high-performance carbon-based and/or metal-free ORR catalysts.
中文翻译:
自下而上合成 MOF 衍生的空心 N 掺杂碳材料以提高 ORR 性能
摘要 寻找低成本、超稳定、高性能的非新型金属替代铂基氧还原反应(ORR)催化剂迫在眉睫。在此,首次提出了一种自下而上的方法,以从初始无定形配位聚合物 (CP) 模板辅助路线合成独特的空心 N 掺杂碳球 (HNCS)。在碱性介质下,与商业 Pt/C 相比,HNCS 表现出具有竞争力的高电催化 ORR 活性、优异的反应选择性、更强的长期稳定性和可忽略不计的甲醇交叉效应。连同其他两种报道的碳质 ORR 催化剂,包括 SCS 和 NGPC,我们的 HNCS 具有最低的 Tafel 斜率 65.7 mV dec-1,接近 Pt/C(62.6 mV dec-1),并显示出大大增强的 ORR 活性( JL = 5。34 mA cm−2) 和稳定性(保留率 = 96.5%,时间 = 10 小时)。这种以 CP 为模板的中空碳材料路线将为制备高性能碳基和/或无金属 ORR 催化剂提供一种新的合成策略。
更新日期:2019-05-01
中文翻译:
自下而上合成 MOF 衍生的空心 N 掺杂碳材料以提高 ORR 性能
摘要 寻找低成本、超稳定、高性能的非新型金属替代铂基氧还原反应(ORR)催化剂迫在眉睫。在此,首次提出了一种自下而上的方法,以从初始无定形配位聚合物 (CP) 模板辅助路线合成独特的空心 N 掺杂碳球 (HNCS)。在碱性介质下,与商业 Pt/C 相比,HNCS 表现出具有竞争力的高电催化 ORR 活性、优异的反应选择性、更强的长期稳定性和可忽略不计的甲醇交叉效应。连同其他两种报道的碳质 ORR 催化剂,包括 SCS 和 NGPC,我们的 HNCS 具有最低的 Tafel 斜率 65.7 mV dec-1,接近 Pt/C(62.6 mV dec-1),并显示出大大增强的 ORR 活性( JL = 5。34 mA cm−2) 和稳定性(保留率 = 96.5%,时间 = 10 小时)。这种以 CP 为模板的中空碳材料路线将为制备高性能碳基和/或无金属 ORR 催化剂提供一种新的合成策略。