Unusual High Oxygen Reduction Performance in All-Carbon Electrocatalysts

作者
Wei Wei,Ying Tao,Wei Zhong Lv,Fangyuan Su,Lei Ke,Jia Zhao Li,Dawei Wang,Baohua Li,Feiyu Kang,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 6289-6289 被引量:76
标识
DOI:10.1038/srep06289
摘要

Carbon-based electrocatalysts are more durable and cost-effective than noble materials for the oxygen reduction reaction (ORR), which is an important process in energy conversion technologies. Heteroatoms are considered responsible for the excellent ORR performance in many carbon-based electrocatalysts. But whether an all-carbon electrocatalyst can effectively reduce oxygen is unknown. We subtly engineered the interfaces between planar graphene sheets and curved carbon nanotubes (G-CNT) and gained a remarkable activity/selectivity for ORR (larger current, and n = 3.86, ~93% hydroxide + ~7% peroxide). This performance is close to that of Pt; and the durability is much better than Pt. We further demonstrate the application of this G-CNT hybrid as an all-carbon cathode catalyst for lithium oxygen batteries.We speculate that the high ORR activity of this G-CNT hybrid stems from the localized charge separation at the interface of the graphene and carbon nanotube, which results from the tunneling electron transfer due to the Fermi level mismatch on the planar and curved sp(2) surfaces. Our result represents a conceptual breakthrough and pioneers the new avenues towards practical all-carbon electrocatalysis.

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