Binary Nitrogen Precursor-Derived Porous Fe-N-S/C Catalyst for Efficient Oxygen Reduction Reaction in a Zn-Air Battery
Binary Nitrogen Precursor-Derived Porous Fe-N-S/C Catalyst for Efficient Oxygen Reduction Reaction in a Zn-Air Battery
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二元氮前驱体衍生的多孔 Fe-N-S/C 催化剂用于锌空气电池中高效的氧还原反应
DOI：
10.3390/catal8040158
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发表时间：
2018-04
期刊：
影响因子：
3.9
通讯作者：
Yang Hui
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu Xiao;Chen Chi;Cheng Qingqing;Zou Liangliang;Zou Zhiqing;Yang Hui
在氧还原反应（ORR）中，如何合成具有高活性和稳定性的非贵金属催化剂来取代现有的Pt/C催化剂仍然是一个挑战。本文以g-C3N4和2,4,6-三（2-吡啶基）-1,3,5-三嗪（TPTZ）为二元氮前驱体，制备了Fe， N， S共掺杂多孔碳（Fe- ns /PC）。二元氮前驱体的相互作用不仅导致了更多微孔的形成，而且增加了分散在碳基体中的铁和氮的掺杂量。经二次热处理后，Fe/NS/C-g-C3N4/TPTZ-1000催化剂表现出优异的ORR性能，相对于可逆氢电极（RHE）的起始电位为1.0 V，在碱性介质中的半波电位为0.868 V。其长期耐久性甚至优于商用Pt/C催化剂。同时，以Fe/NS/C-g-C3N4/TPTZ-1000为阴极的组装锌-空气电池的最大功率密度为225 mW·cm−2，且具有优异的耐久性，在能量转换器件中具有很大的实际应用潜力。
It is still a challenge to synthesize non-precious-metal catalysts with high activity and stability for the oxygen reduction reaction (ORR) to replace the state-of-the art Pt/C catalyst. Herein, a Fe, N, S co-doped porous carbon (Fe-NS/PC) is developed by using g-C3N4 and 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine (TPTZ) as binary nitrogen precursors. The interaction of binary nitrogen precursors not only leads to the formation of more micropores, but also increases the doping amount of both iron and nitrogen dispersed in the carbon matrix. After a second heat-treatment, the best Fe/NS/C-g-C3N4/TPTZ-1000 catalyst exhibits excellent ORR performance with an onset potential of 1.0 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE) and a half-wave potential of 0.868 V (RHE) in alkaline medium. The long-term durability is even superior to the commercial Pt/C catalyst. In the meantime, an assembled Zn-air battery with Fe/NS/C-g-C3N4/TPTZ-1000 as the cathode shows a maximal power density of 225 mW·cm−2 and excellent durability, demonstrating the great potential of practical applications in energy conversion devices.
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