Sub-50 nm Iron-Nitrogen-Doped Hollow Carbon Sphere-Encapsulated Iron Carbide Nanoparticles as Efficient Oxygen Reduction Catalysts.
Sub-50 nm Iron-Nitrogen-Doped Hollow Carbon Sphere-Encapsulated Iron Carbide Nanoparticles as Efficient Oxygen Reduction Catalysts.
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DOI：
10.1002/advs.201800120
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发表时间：
2018-07
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Yamauchi Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tan H;Li Y;Kim J;Takei T;Wang Z;Xu X;Wang J;Bando Y;Kang YM;Tang J;Yamauchi Y
以聚(苯乙烯-2-乙烯基吡啶-b-环氧乙烷)三嵌段共聚物为软模板，制备了亚50 nm铁氮掺杂空心碳球包裹的碳化铁纳米粒子(Fe3C-Fe，N/C)。它们的典型特征包括大的比表面积(879.5 m2 g−1)、小的中空尺寸(≈16 nm)、氮掺杂的介孔碳壳以及包裹的Fe3C纳米粒子产生了高活性的氧还原反应性能。Fe3C-Fe，N/C空心球在碱性电解液中表现出与商用20wt%铂/C相当的ORR性能，具有相似的半波电位，电子转移数接近4，H_2O_2产率低于5%。在酸性条件下，Fe3C-Fe，N/C催化剂也表现出明显的ORR催化活性，半波电位高达0.714 V，仅比20wt%的铂/C催化剂低59 mV。此外，Fe3C-Fe，N/C催化剂具有显著的长期耐久性和抗甲醇中毒能力，无论在何种电解液中，都超过了Pt/C。
Sub‐50 nm iron–nitrogen‐doped hollow carbon sphere‐encapsulated iron carbide nanoparticles (Fe3C‐Fe,N/C) are synthesized by using a triblock copolymer of poly(styrene‐b‐2‐vinylpyridine‐b‐ethylene oxide) as a soft template. Their typical features, including a large surface area (879.5 m2 g−1), small hollow size (≈16 nm), and nitrogen‐doped mesoporous carbon shell, and encapsulated Fe3C nanoparticles generate a highly active oxygen reduction reaction (ORR) performance. Fe3C‐Fe,N/C hollow spheres exhibit an ORR performance comparable to that of commercially available 20 wt% Pt/C in alkaline electrolyte, with a similar half‐wave potential, an electron transfer number close to 4, and lower H2O2 yield of less than 5%. It also shows noticeable ORR catalytic activity under acidic conditions, with a high half‐wave potential of 0.714 V, which is only 59 mV lower than that of 20 wt% Pt/C. Moreover, Fe3C‐Fe,N/C has remarkable long‐term durability and tolerance to methanol poisoning, exceeding Pt/C regardless of the electrolyte.
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