Nitrogen-doped porous carbon nanosheets made from biomass as highly active electrocatalyst for oxygen reduction reaction

电催化剂 催化作用 碳化 化学工程 限制电流 材料科学 电化学 碳纤维 比表面积 无机化学 氧气 铂金 化学 电极 有机化学 复合数 复合材料 扫描电子显微镜 物理化学 工程类
作者
Fuping Pan,Zhongyue Cao,Qiuping Zhao,Hongyu Liang,Junyan Zhang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:272: 8-15 被引量:208
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.07.180
摘要

The successful commercialization of fuel cells requires the efficient electrocatalyst to make the oxygen reduction reaction (ORR) fast because of the sluggish nature of ORR and the high cost of the platinum catalysts. In this work, we report the excellent performance of metal-free nitrogen-doped porous carbon nanosheets (NPCN) with hierarchical porous structure and a high surface area of 1436.02 m2 g−1 for catalyzing ORR. The active NPCN is synthesized via facile high-temperature carbonization of natural ginkgo leaves followed by purification and ammonia post-treatment without using additional supporting templates and activation processes. In O2-saturated 0.1 M KOH solution, the resultant NPCN exhibits a high kinetic-limiting current density of 13.57 mA cm−2 at −0.25 V (vs. Ag/AgCl) approaching that of the commercial Pt/C catalyst (14 mA cm−2) and long-term electrochemical stability. Notably, the NPCN shows a slightly negative ORR half-wave potential in comparison with Pt/C (ΔE1/2 = 19 mV). The excellent electrocatalytic properties of NPCN originate from the combined effect of optimal nitrogen doping, high surface area, and porous architecture, which induce the high-density distribution of highly active and stable catalytic sites.
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