MOF-derived dual metal (Fe, Ni) –nitrogen–doped carbon for synergistically enhanced oxygen reduction reaction

催化作用 电解质 过电位 碳化 热解 金属 无机化学 碳纤维 氧还原反应 氮气 材料科学 化学 化学工程 电化学 有机化学 电极 吸附 复合数 工程类 物理化学 复合材料
作者
Jing Liu,Chaohua Fan,Guangbo Liu,Luhua Jiang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:538: 148017-148017 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148017
摘要

Fe-N-C materials have been shown as promising non-precious electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR), yet the activity as well as the durability in acidic electrolytes is still far from satisfactory. Herein, a dual metal (Fe, Ni)-nitrogen-doped carbon (FeNi-NC) was prepared by pyrolysis of Fe, Ni co-doped ZIF-8. The FeNi0.25-NC catalyst exhibits a comparable activity for the ORR to the commercial Pt/C catalyst, with the half-wave potential at 0.79 VRHE in HClO4 and 0.86 VRHE in NaOH electrolyte. Especially, FeNi0.25-NC shows excellent ORR activity in phosphorous acid electrolyte superior to the commercial Pt/C catalyst, owing to the excellent tolerance of the Fe, Ni active sites to phosphate anions. The systematic investigation manifests that Ni plays a double role in improving the ORR activity and stability of Fe-N-C. One side, Ni-N and Fe-N moieties synergistically boost the ORR especially in the high ORR overpotential region, and another side, Ni acts as a catalyst during the high temperature carbonization process to promote graphitization and increase the stability of the FeNi-N-C catalyst. It is demonstrated that the MOF-derived dual metal (Fe, Ni) -nitrogen-doped carbon catalyst (FeNi-NC) has a great potential application in both fuel cells and metal-air batteries. This work provides an effective dual-metal strategy in modulating both the activity and stability of the M-N-C catalysts for the ORR in acidic electrolytes.
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