Cu, Co‐Embedded N‐Enriched Mesoporous Carbon for Efficient Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution Reactions

材料科学 电催化剂 过电位 可逆氢电极 咪唑酯 化学工程 碳纤维 催化作用 介孔材料 沸石咪唑盐骨架 析氧 双功能 热解 无机化学 金属有机骨架 化学 物理化学 复合材料 复合数 电化学 电极 工程类 生物化学 吸附 参比电极
作者
Min Kuang,Qihao Wang,Peng Han,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (17) 被引量:525
标识
DOI:10.1002/aenm.201700193
摘要

Rational synthesis of hybrid, earth‐abundant materials with efficient electrocatalytic functionalities are critical for sustainable energy applications. Copper is theoretically proposed to exhibit high reduction capability close to Pt, but its high diffusion behavior at elevated fabrication temperatures limits its homogeneous incorporation with carbon. Here, a Cu, Co‐embedded nitrogen‐enriched mesoporous carbon framework (CuCo@NC) is developed using, a facile Cu‐confined thermal conversion strategy of zeolitic imidazolate frameworks (ZIF‐67) pre‐grown on Cu(OH) 2 nanowires. Cu ions formed below 450 °C are homogeneously confined within the pores of ZIF‐67 to avoid self‐aggregation, while the existence of CuN bonds further increases the nitrogen content in carbon frameworks derived from ZIF‐67 at higher pyrolysis temperatures. This CuCo@NC electrocatalyst provides abundant active sites, high nitrogen doping, strong synergetic coupling, and improved mass transfer, thus significantly boosting electrocatalytic performances in oxygen reduction reaction (ORR) and hydrogen evolution reaction (HER). A high half‐wave potential (0.884 V vs reversible hydrogen potential, RHE) and a large diffusion‐limited current density are achieved for ORR, comparable to or exceeding the best reported earth‐abundant ORR electrocatalysts. In addition, a low overpotential (145 mV vs RHE) at 10 mA cm −2 is demonstrated for HER, further suggesting its great potential as an efficient electrocatalyst for sustainable energy applications.
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