Solid-phase microwave synthesis of high-entropy graphene quantum dots as metal-free electrochemical catalysts

催化作用 石墨烯 材料科学 掺杂剂 无机化学 电化学 氢氧化钾 化学工程 电解质 石墨烯量子点 电极 纳米技术 化学 兴奋剂 物理化学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Kuan-Chien Liu,Pradeep Kumar Panda,Bikash Chandra Mallick,Po‐Chih Yang,Wei‐Ren Liu,Chien‐Te Hsieh
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:: 159061-159061
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.159061
摘要

In this study, high-entropy graphene quantum dots (GQDs) are synthesized and utilized as metal-free electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline electrolyte. An efficient solid-state microwave route was used to synthesize the GQD catalysts. This synthesis method involves the pyrolysis of two carbon precursors and four dopant precursors under a pulse microwave irradiation at 180 °C. The synthesized efficient catalyst possesses an average particle size of about 5 nm. The synthesized GQDs catalyst contains six elements in the graphite-like lattices with numerous surface functionalities and dopants. Synthesized high-entropy GQD catalytic electrodes displayed ultra-high electrochemically active surface area and endurance for the ORR measurements. The GQD electrode shows a well-defined reduction peak at ca. −0.5 V and an onset potential at ca. −0.1 V vs. saturated calomel electrode in the diluted potassium hydroxide solution. The heteroatom doping into the GQD nanostructure greatly increased the ORR catalytic activity. The above synthesized non-metallic and inexpensive catalyst showed remarkable properties such as enhanced catalytic activity, selectivity, and superior durability. Therefore, synthesized GQD electrodes have great potential for energy applications, especially for fuel cells.

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