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中大符若文/劉紹鴻Adv. Sci.: 分子工程助力GPCNS高效電催化氧還原

中大符若文/劉紹鴻Adv. Sci.: 分子工程助力GPCNS高效電催化氧還原
碳基納米材料被認為是用于可再生能源轉換系統(例如燃料電池和金屬-空氣電池)的有前途的非貴金屬催化劑。一般來說,石墨骨架和多孔結構對碳基催化劑的性能都至關重要。然而,由于這兩個關鍵特性之間的權衡關系,在保持高石墨化程度的同時追求高表面積仍然是一項艱巨的挑戰。
基于此,中山大學符若文劉紹鴻等通過使用胺-芳香族有機烷氧基硅烷作為一體式前體和FeCl3·6H2O作為活性鹽模板制備具有高結晶度和高比表面積的2D N摻雜石墨化多孔碳納米片(GPCNS)。
中大符若文/劉紹鴻Adv. Sci.: 分子工程助力GPCNS高效電催化氧還原
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所獲得的GPCNS的高度多孔結構主要歸因于烷氧基硅烷衍生的SiOx納米域,其功能為微/中孔模板;同時,前驅體的芳香核和FeCl3·6H2O協同作用形成了高度結晶的石墨骨架。
在O2飽和的0.1 M KOH電解質中GPCNS具有0.958 V的起始電位和0.897 V的半波電位,這優于Pt/C催化劑(Eonset=0.933 V,E1/2=0.842 V)并超過大多數先前報道的碳基ORR催化劑。
中大符若文/劉紹鴻Adv. Sci.: 分子工程助力GPCNS高效電催化氧還原
當用作氧還原反應和鋅-空氣電池的電催化劑時,石墨骨架與多孔結構的不尋常結合賦予了GPCNS優越的催化活性和長期穩定性。這些發現將為具有理想石墨結構的高多孔碳材料的簡易制備提供新的思路,提高其在包括儲能、催化、電輔助分離等在內的廣泛應用中的性能。
Molecular Engineering toward High-Crystallinity Yet High-Surface-Area Porous Carbon Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Reduction. Advanced Science, 2021. DOI:10.1002/advs.202103477

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