Fe–N-Doped Mesoporous Carbon with Dual Active Sites Loaded on Reduced Graphene Oxides for Efficient Oxygen Reduction Catalysts

催化作用 石墨烯 材料科学 电催化剂 介孔材料 氧化物 碳纤维 甲醇 化学工程 无机化学 热解 纳米技术 复合数 化学 有机化学 复合材料 电化学 电极 物理化学 工程类 冶金
作者
Chao Zhang,Jun Liu,Yixing Ye,Zabeada Aslam,Rik Brydson,Changhao Liang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (3): 2423-2429 被引量:97
标识
DOI:10.1021/acsami.7b14443
摘要

Transition metal/nitrogen/carbon (M-N/C) catalysts are considered as one of the most promising candidates to replace Pt/C catalysts for oxygen reduction reactions (ORRs). Here, we have designed novel reduced graphene oxide (rGO)-supported Fe-N-doped carbon (Fe-N-C/rGO) catalysts via simple pyrolysis of polypyrrole (Ppy)-FeO-GO composites. The as-prepared catalysts induced an onset potential of 0.94 V and a half-wave potential of 0.81 V in alkaline solutions, which is much better than those of the counterpart N-C and N-C/rGO catalysts and comparable to that of Pt/C catalysts. Moreover, the Fe-N-C/rGO catalysts showed improved durability and higher tolerance against methanol crossover than Pt/C in alkaline solutions. This superior ORR performance can be ascribed to the combined catalytic effect of both Fe-based nanoparticles (Fe3O4, Fe4C) and Fe-Nx sites, as well as fast mass transfer and accessible active sites benefiting from the mesoporous structure and high specific surface area. This work provides new insight for synthesis of a more promising nonplatinum electrocatalyst for metal-air batteries and fuel-cell applications.
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