Core-Shell ZIF-67@ZIF-8-derived multi-dimensional cobalt-nitrogen doped hierarchical carbon nanomaterial for efficient oxygen reduction reaction

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作者
Keke Li,Yating Zhang,Peng Wang,Xueying Long,Lisi Zheng,Guoyang Liu,Xinfu He,Jieshan Qiu
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:903: 163701-163701 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.163701
摘要

Fuel cells have emerged as a charming candidate for next-generation energy conversion devices. However, it is highly desired but challenging to engineer advanced non-precious oxygen reduction catalysts with highly actives and stability due to the sluggish kinetics of oxygen reduction reaction (ORR) on fuel cell cathode. Herein, a novel hybrid architecture with Co nanoparticles embedded in N-doped carbon nanotubes and hollow nanocarbon polyhedron ([email protected]) was constructed from core-shell [email protected] via a facile epitaxial growth-pyrolysis process. With the [email protected] as the catalyst, a remarkable ORR performance is achieved in terms of a high half-wave potential of 0.84 V, a large limiting current density of 4.70 mA/cm2, and excellent long-term durability ( 97.8% current retention after 8 h) in alkaline medium, which outperform commercial Pt/C catalyst. Further dynamic calculations indicated that ORR follows a four-electron reaction mechanism. The enhancement activity of [email protected] is mainly due to the effective integration of 0D Co nanoparticles, 1D carbon nanotubes and 3D hollow nanocarbon, which synergistically strengthen the interfacial reaction kinetics of oxygen and accelerate mass/charge transfer. The strategy reported in this work provides a new insight to synthesis of low-cost and well-designed carbon hybrid electrocatalyst for ORR.
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