Biomass Derived N-Doped Porous Carbon Supported Single Fe Atoms as Superior Electrocatalysts for Oxygen Reduction

电催化剂 催化作用 材料科学 碳纤维 化学工程 甲醇 纳米技术 纳米颗粒 原子单位 化学 电化学 物理化学 有机化学 复合材料 复合数 电极 量子力学 物理 工程类
作者
Zhengping Zhang,Xinjin Gao,Meiling Dou,Jing Ji,Feng Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:13 (22): 1604290-1604290 被引量:183
标识
DOI:10.1002/smll.201604290
摘要

Exploring sustainable and high-performance electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is the crucial issue for the large-scale application of fuel cell technology. A new strategy is demonstrated to utilize the biomass resource for the synthesis of N-doped hierarchically porous carbon supported single-atomic Fe (SA-Fe/NHPC) electrocatalyst toward the ORR. Based on the confinement effect of porous carbon and high-coordination natural iron source, SA-Fe/NHPC, derived from the hemin-adsorbed bio-porphyra-carbon by rapid heat-treatment up to 800 °C, presents the atomic dispersion of Fe atoms in the N-doped porous carbon. Compared with the molecular hemin and nanoparticle Fe samples, the as-prepared SA-Fe/NHPC exhibits a superior catalytic activity (E1/2 = 0.87 V and Jk = 4.1 mA cm-2 , at 0.88 V), remarkable catalytic stability (≈1 mV negative shift of E1/2 , after 3000 potential cycles), and outstanding methanol-tolerance, even much better than the state-of-the-art Pt/C catalyst. The sustainable and effective strategy for utilizing biomass to achieve high-performance single-atom catalysts can also provide an opportunity for other catalytic applications in the atomic scale.
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