Facile synthesis of hollow carbon spheres by gas-steamed bifunctional NH4F for efficient cathodes in microbial fuel cells

碳化 催化作用 杂原子 化学工程 碳纤维 材料科学 限制电流 双功能 吸附 电解质 热解 电化学 阴极 X射线光电子能谱 化学 电极 有机化学 复合材料 物理化学 复合数 工程类 戒指(化学)
作者
Linzhe Huang,Kengqiang Zhong,Yuhua Wu,Yi Wu,Xianjie Liu,Lei Huang,Jia Yan,Hongguo Zhang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:207: 86-94 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2023.02.062
摘要

A facile gas-steamed strategy is reported for preparing heteroatom dual-doped hierarchical porous hollow carbon catalysts via carbonization of a mixture of carbon sphere precursor and ammonium fluoride (NH4F). Notably, NH4F can be decomposed into NH3 and HF by pyrolysis, in which HF gas can etch SiO2 pellets to form hollow structure while the N and F atoms can be introduced at the same time. The FCS-900 exhibits admirable electrocatalytic properties with the highest onset potential and limiting current density in neutral electrolytes (0.944 V vs. RHE and 6.44 mA cm−2). In comparison to MFC-Pt, much higher output voltage and power density (0.617 V and 1093.6 ± 6.26 mW m−2) are obtained by MFC-900. Such results can be attributed to the largest specific surface area of FCS-900 to supply exposed active sites and fast transportation channels. Based on X-ray photoelectron spectroscopy, the FCS-900 catalyst possesses the active substances of pyridinic/graphitic N and C-F bonds. The synergism of N and F can effectively facilitate the adsorption of O2 during ORR, as further supported by density functional theory calculation. The facile and green synthesis strategy can be extended to design metal-free carbon-based electrocatalysts with superior electrocatalytic performance.
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