Active sites of nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction clarified using model catalysts

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作者
Donghui Guo,Riku Shibuya,Chisato Akiba,Shunsuke Saji,Takahiro Kondo,Junji Nakamura
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:351 (6271): 361-365 被引量:3403
标识
DOI:10.1126/science.aad0832
摘要

Nitrogen (N)-doped carbon materials exhibit high electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction (ORR), which is essential for several renewable energy systems. However, the ORR active site (or sites) is unclear, which retards further developments of high-performance catalysts. Here, we characterized the ORR active site by using newly designed graphite (highly oriented pyrolitic graphite) model catalysts with well-defined π conjugation and well-controlled doping of N species. The ORR active site is created by pyridinic N. Carbon dioxide adsorption experiments indicated that pyridinic N also creates Lewis basic sites. The specific activities per pyridinic N in the HOPG model catalysts are comparable with those of N-doped graphene powder catalysts. Thus, the ORR active sites in N-doped carbon materials are carbon atoms with Lewis basicity next to pyridinic N.
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