Facile Synthesis of N-Doped Metal-Free Catalysts for Oxygen Reduction Reaction via a Self-Sacrificed Template Method Using Zinc Amino-Acid Complex

催化作用 碳化 甲醇 材料科学 碳纤维 杂原子 电解质 无机化学 化学工程 化学 电极 有机化学 复合数 冶金 扫描电子显微镜 戒指(化学) 复合材料 物理化学 工程类
作者
Yasuhiro Shu,Ryuji Takada,Yurika Taniguchi,Xinran Yang,Koji Miyake,Yoshiaki Uchida,Norikazu Nishiyama
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:8 (48): 46276-46283 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsomega.3c07706
摘要

Precisely controlled heteroatom-doped metal-free carbon catalysts are highly desirable for use in various renewable energy conversion and storage devices. Herein, we report a nitrogen-doped metal-free carbon catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) using a facile and cost-effective synthetic method. The obtained catalysts (NC-1100) were synthesized in two steps via an amino-acid complex coating and high-temperature carbonization. The various physical characteristics revealed that NC-1100 has a unique morphology, a controlled nitrogen bonding configuration, and a uniform pore distribution. The resulting catalyst shows excellent catalytic performance toward direct 4-electron oxygen reduction reaction (ORR) in an alkaline electrolyte, with a high onset potential of 0.95 V versus RHE and limiting current density (4.5 mA cm-2). Furthermore, the developed catalysts showed superior long-term operating stability and methanol durability compared to those of commercial Pt/C. This study provides a promising guideline for the development of next-generation electrocatalysts for fuel cells and wider applications.

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