Effect of Pyrolysis Conditions on the Performance of Co–Doped MOF–Derived Carbon Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

材料科学 催化作用 热解 化学工程 碳纤维 碳化 氧气 化学 复合材料 有机化学 复合数 扫描电子显微镜 工程类
作者
Ning Cui,Kexiao Bi,Wei Sun,Qianqian Wu,Yinan Li,Tiewei Xu,Bin-Jiang Lv,Shuling Zhang
出处
期刊:Catalysts [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (10): 1163-1163 被引量:22
标识
DOI:10.3390/catal11101163
摘要

MOF–derived porous carbon is a type of promising catalyst to replace expensive Pt–based catalysts for oxygen reduction reaction (ORR). The catalytic activity for ORR depends closely on pyrolysis conditions. In this work, a Co–doped ZIF–8 material was chosen as a research object. The effect of pyrolysis conditions (temperature, heating rate, two–step heating) on the ORR performance of ZIF–derived carbon catalysts was systematically studied. The Co–ZIF–8 catalyst carbonized at 900 °C exhibits better ORR catalytic activity than that carbonized at 800 °C and 1000 °C. Moreover, a low heating rate can enhance catalytic activity. Two–step pyrolysis is proven to be an effective way to improve the performance of catalysts. Reducing the heating rate in the low–temperature stage is more beneficial to the ORR performance, compared to the heating rate in the high–temperature stage. The results show that the Co–ZIF–8 catalyst exhibits the best performance when the precursor was heated to 350 °C at 2 °C/min, and then heated to 900 °C at 5 °C/min. The optimum Co–ZIF–8 catalyst shows a half–wave potential of 0.82 V and a current density of 5.2 mA·cm−2 in 0.1 M KOH solution. It also exhibits high content of defects and good graphitization. TEM mapping shows that Co and N atoms are highly dispersed in the polyhedral carbon skeleton. However, two–step pyrolysis has no significant effect on the stability of the catalyst.
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