Iron/Nitrogen co-doped mesoporous carbon synthesized by an endo-templating approach as an efficient electrocatalyst for the oxygen reduction reaction

电催化剂 介孔材料 碳纤维 碳化 氮气 化学 电解质 材料科学 催化作用 无机化学 化学工程 吸附 有机化学 电极 物理化学 电化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Guillermo A. Ferrero,Noel Díez,Marta Sevilla,Antonio B. Fuertes
出处
期刊:Microporous and Mesoporous Materials [Elsevier BV]
卷期号:278: 280-288 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.micromeso.2018.12.008
摘要

Abstract Iron/Nitrogen-doped carbon catalysts are considered to be one of the most promising candidates to replace platinum-based catalysts for the oxygen reduction reaction in the cathode of the fuel cell. Herein, we demonstrate a simple and cost-effective strategy for the fabrication of Fe-N-C-mesoporous-carbons involving the carbonization of calcium citrate followed by a post-treatment with urea and ammonium sulfate iron (II). The synthesized materials exhibit high values of surface area, large nitrogen and iron contents. The iron is present in two configurations: i) γ-iron phase and ii) iron coordinated to nitrogen (Fe-Nx). When used as an electrocatalyst in basic electrolyte, the Fe-N-C material predominantly catalyzes the four-electron pathway with an onset potential of 0.91 V and a half-wave potential of 0.81 V. In acidic electrolyte, the optimized catalyst exhibits an onset potential of 0.73 V. The experimental results show that the N-functionalities and the Fe-N coordination sites play a major role in catalytic performance in both kinds of electrolytes and that the ɣ-iron phase has little or no catalytic effect. In this regard, pure N-doped carbon shows to be better catalyst than pure Fe-doped carbon. Hence, these results provide useful guidelines for the development of highly active and cost-effective ORR catalysts.
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