Hollow Carbon Nanopolyhedra for Enhanced Electrocatalysis via Confined Hierarchical Porosity

材料科学 碳纤维 多孔性 电催化剂 化学工程 电解质 热解 金属有机骨架 制作 纳米技术 甲醇 电化学 电极 化学 物理化学 复合材料 有机化学 复合数 工程类 病理 吸附 医学 替代医学
作者
Xiaokai Song,Linli Guo,Xuemei Liao,Jian Liu,Jianhua Sun,Xiaopeng Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:13 (23) 被引量:90
标识
DOI:10.1002/smll.201700238
摘要

A novel strategy for the fabrication of hollow Co and N‐codoped carbon nanopolyhedra (H‐CoNC) from metal–organic framework (MOF) using in situ evaporation of ZnO nanosphere templates is proposed. The excess Zn supply during the pyrolysis process is found beneficial in terms of high nitrogen (≈9.75 at%), relatively homogenous CoN bonding, and the electrochemically accessible hierarchical porous system. Compared with other reported “solid” CoNC of identical surface areas, the newly developed H‐CoNC shows enhanced kinetic current in 0.1 m KOH electrolyte and elevated oxygen reduction reaction (ORR) performance in 6 m KOH. The latter exceeds results obtained with the benchmark 20 wt% Pt/C, which is related to the strong confinement of O 2 molecules in the H‐CoNC hierarchical porous system. Furthermore, the H‐CoNC displays great tolerance toward the methanol crossover and KSCN poisoning. Finally, the assembled Zn–air batteries with H‐CoNC yield a record open circuit potential (1.59 V vs Zn, stabilized at 1.52 V), high power density (331.0 mW cm −2 ), and promising rate performance. This work provides a new guideline for the design of MOF‐derived carbon materials, as well as novel insights into spatial confinement effect toward the ORR activity.
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