FeNx nanoparticles embedded in three-dimensional N-doped carbon nanofibers as efficient oxygen reduction reaction electrocatalyst for microbial fuel cells in alkaline and neutral media

电催化剂 催化作用 碳纳米纤维 阴极 化学工程 介孔材料 碳纤维 纳米纤维 材料科学 纳米结构 纳米颗粒 纳米技术 碳纳米管 电化学 化学 电极 复合材料 有机化学 物理化学 复合数 工程类
作者
Xueying Wang,Yuan Tian,J. Nellie Liang,Jun Yang,Yangming Xie,Ling Li,Wenming Zhang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (56): 23608-23617 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.05.176
摘要

Herein, an approach is reported for the fabrication of 3D carbon nanofibers (CNFs) wrapped by carbon nanotubes (CNT) with graphitic carbon-encased FeNx nanoparticles originated from metal–organic frameworks (MOFs). It is found that [email protected]/CNFs exhibits outstanding catalytic activity towards ORR, whose half-wave potential are 0.89 V and 0.87 V in alkaline and neutral environments, respectively, much higher than MOF-based catalysts reported so far and commercial Pt/C. When the obtained cathode catalysts are loaded in MFCs for power generation test, the experimental consequences show that the [email protected]/CNFs cathode exhibits a supernal power density of 742.26 mW·m−2 and output current density of 3241 mA·m−2 which are comparable to Pt/C. The splendid ORR catalytic performance is mainly attributable to the three-dimensional structure of carbon nanofibers and the active sites of Fe-Nx. These result in a higher graphitization degree beneficial for electronic mobility, high specific surface area, benign mesoporous nanostructure and excellent mass transfer capability. The strategy provides a new scheme to devise and research Fe-Nx electrocatalysts with MOF-based for the conversion of clean and environment-friendly energy.

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