Defect-rich and metal-free N, S co-doped 3D interconnected mesoporous carbon material as an advanced electrocatalyst towards oxygen reduction reaction

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作者
S. V. Cao,Wenzhe Shang,Li Guanglan,Zhong-Fa Lu,Xin Wang,Yang Yan,Ce Hao,Suli Wang,Gongquan Sun
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:184: 127-135 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.08.003
摘要

Researching of high performance and low-cost oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts is one of the core issues for the rapid development of energy conversion and storage devices. Herein, a N and S dual-doped three-dimensional (3D) interconnected mesoporous carbon catalyst (CNS) was constructed via a facile hydrothermal-pyrolysis strategy. Benefiting from the 3D interconnected mesoporous architecture, CNS was endowed with a fast oxygen mass transfer rate together with plentiful of accessible active centers on the surface. Its ORR half-wave potential ( E 1/2 , 0.87 V) surpasses commercial Pt/C catalyst 50 mV in alkaline media. Its E 1/2 negatively shifts only 2 mV after 8000 cycles in half-cell tests. More importantly, the zinc-air battery with CNS as cathode catalyst delivers an excellent high peak power density of 144 mW cm −2 . DFT calculation results show that when N and S are co-doped, the spin density of adjacent carbon atoms can be changed, thereby increasing the CNS's binding energy to oxygen and conductivity. The excellent comprehensive performance of CNS undoubtedly discloses its potential practical application in the energy conversation and storage area.
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