Oxygen Species on Nitrogen-Doped Carbon Nanosheets as Efficient Active Sites for Multiple Electrocatalysis

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作者
Jingjing Lv,Yanle Li,Shaojun Wu,Hua Fang,Li L,Rong‐Bin Song,Jing Ma,Jun‐Jie Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (14): 11678-11688 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsami.8b00240
摘要

Designing and synthesizing nanomaterials with high coverages of active sites is one of the most-pivotal factors in the construction of state-of-the-art electrocatalysts with high performance. Herein, we proposed a facile in situ templated method for the fabrication of oxygen-species-modified nitrogen-doped carbon nanosheets (O-N-CNs). The epoxy oxygen and ketene oxygen combined with graphitic-nitrogen defects in O-N-CNs gave more active sites for the oxygen-reduction reaction (ORR) and the oxygen-evolution reaction (OER), as proven via theoretical and experimental results, while the carbonyl-oxygen and epoxy-oxygen species showed more efficient electrocatalytic activity for the hydrogen evolution reaction (HER). Hence, the O-N-CNs showed highly active electrocatalytic performance toward ORR, OER, and HER. More importantly, the superior multifunctional electrocatalytic activity of O-N-CNs allowed their use in the construction of Zn-air batteries to power the corresponding water-splitting cells. This work can offer an understanding of underlying mechanisms of oxygen species on N-doped carbon materials toward multiple electrocatalysis and facilitate the engineering of electrocatalysts for energy-storage and -conversion devices.

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