Effect of ZIF-8 Crystal Size on the O2 Electro-Reduction Performance of Pyrolyzed Fe–N–C Catalysts

催化作用 材料科学 化学工程 热解 Crystal(编程语言) 多孔性 金属 金属有机骨架 晶体结构 纳米技术 结晶学 冶金 化学 有机化学 复合材料 工程类 吸附 计算机科学 程序设计语言
作者
Vanessa Armel,Julien Hannauer,Frédéric Jaouen
出处
期刊:Catalysts [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:5 (3): 1333-1351 被引量:46
标识
DOI:10.3390/catal5031333
摘要

The effect of ZIF-8 crystal size on the morphology and performance of Fe–N–C catalysts synthesized via the pyrolysis of a ferrous salt, phenanthroline and the metal-organic framework ZIF-8 is investigated in detail. Various ZIF-8 samples with average crystal size ranging from 100 to 1600 nm were prepared. The process parameters allowing a templating effect after argon pyrolysis were investigated. It is shown that the milling speed, used to prepare catalyst precursors, and the heating mode, used for pyrolysis, are critical factors for templating nano-ZIFs into nano-sized Fe–N–C particles with open porosity. Templating could be achieved when combining a reduced milling speed with a ramped heating mode. For templated Fe–N–C materials, the performance and activity improved with decreased ZIF-8 crystal size. With the Fe–N–C catalyst templated from the smallest ZIF-8 crystals, the current densities in H2/O2 polymer electrolyte fuel cell at 0.5 V reached ca. 900 mA cm−2, compared to only ca. 450 mA cm−2 with our previous approach. This templating process opens the path to a morphological control of Fe–N–C catalysts derived from metal-organic frameworks which, when combined with the versatility of the coordination chemistry of such materials, offers a platform for the rational design of optimized Metal–N–C catalysts.

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