Ordered porous nitrogen-doped carbon with atomically dispersed FeN4 for efficient oxygen reduction reaction in microbial fuel cell

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作者
Dong Wang,Hao Liu,Ziqing Cao,Tianhao Cai,Peng Han,Jun Tae Song,Liang Kong,Changfa Liu
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:838 (Pt 2): 156186-156186 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.156186
摘要

It is necessary to develop cost-effective platinum group materials (PGM)-free cathode catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) to replace the state-of-the-art noble metal for the commercialization of microbial fuel cells (MFCs). Fe-N-C catalysts are one of the promising candidates for commercial Pt/C. Herein, a new cost-effective and highly stable Fe-N-C catalyst was designed and successfully prepared via a facile process. The catalyst was prepared through one single thermal conversion from Fe-doped ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework), a metal-organic framework (MOF) containing well-defined FeN4 coordination. The mesopores in the unique structure of MOF promoted efficient mass transfer, while those arising from the pyrolysis of the MOF produced more active sites. Unlike previous preparation methods, post-treatments were avoided here. As a result, the Fe-N-C cathode had a high ORR activity with a half-wave potential (E1/2) of 0.85 V in a 0.1 M KOH aqueous solution. The classic MFC with this cathodic catalyst provided a maximum power density of up to 1508 mW m-2.
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