Nitrogen/Cobalt Co‐doped Mesoporous Carbon Microspheres Derived from Amorphous Metal‐Organic Frameworks as a Catalyst for the Oxygen Reduction Reaction in Both Alkaline and Acidic Electrolytes

催化作用 质子交换膜燃料电池 电解质 介孔材料 材料科学 无机化学 无定形固体 碳纤维 化学工程 无定形碳 比表面积 化学 电极 有机化学 复合材料 物理化学 工程类 复合数
作者
Yafeng Bai,Duanguang Yang,Mei Yang,Hongbiao Chen,Yijiang Liu,Huaming Li
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:6 (9): 2546-2552 被引量:19
标识
DOI:10.1002/celc.201900343
摘要

Abstract Nitrogen/cobalt co‐doped carbon (Co/N−C) catalysts are the best candidates to replace their Fe‐based analogues for the oxygen reduction reaction (ORR) in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), owing to the absence of radical‐induced PEMFC membrane/ionomer degradations that are commonly encountered in the Fe/N−C system. Herein, we present an amorphous Co‐metal organic framework (MOF) route for the fabrication of N/Co co‐doped mesoporous carbon spheres by directly pyrolyzing amorphous Co‐MOF microspheres. The as‐synthesized Co/N−C‐800 catalyst (heat‐treated at 800 °C) has a unique spherical architecture with short nanotubes on its surface and simultaneously possesses a relatively large Brunauer‐Emmett‐Teller surface area (381 m 2 g −1 ) and a high N content (4.95 at%). Owing to these benefits, the Co/N−C‐800 catalyst displays good ORR performance in both alkaline and acidic electrolytes, that is, the ORR onset potential ( E o ), half‐wave potential ( E 1/2 ), and current density at 0.4 V (vs. RHE, J @0.4 ) are 0.981 V (vs. RHE), 0.872 V (vs. RHE), and 5.47 mA cm −2 , respectively, in alkaline media, and 0.863 V (vs. RHE), 0.707 V (vs. RHE), and 5.29 mA cm −2 , respectively, in acidic electrolyte. More importantly, the Co/N−C‐800 catalyst also exhibits excellent poison tolerance in acidic electrolytes.

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