当代化工2024,Vol.53Issue(8) :1780-1785,1791.

Co-N共掺杂碳纳米管-多孔碳构筑及其氧还原电催化性能

Synthesis and ORR Properties of Co-N Co-Doped Carbon Nanotubes-Porous Carbons

刘文浩 陈美妤 唐哲言 赵宏伟 李莉香 安百钢
当代化工2024,Vol.53Issue(8) :1780-1785,1791.

Co-N共掺杂碳纳米管-多孔碳构筑及其氧还原电催化性能

Synthesis and ORR Properties of Co-N Co-Doped Carbon Nanotubes-Porous Carbons

刘文浩 1陈美妤 1唐哲言 1赵宏伟 1李莉香 1安百钢1
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作者信息

  • 1. 辽宁科技大学化学工程学院,辽宁 鞍山 114051
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摘要

采用一步化学气相沉积法,以乙腈蒸气为氮源,以钴离子交换合成的沸石(CoY)为模板,制备了Co-N共掺杂碳纳米管-多孔碳氧还原催化剂(Co-N/CNT-C).利用SEM、TEM、XRD、BET和电化学测试对催化剂组成、结构和电催化性能进行了表征.结果表明:Co-N/CNT-C-600在碱性电解质中的半波电位和极限电流密度与商业Pt/C催化剂相近,达到 0.80 V和 4.31 mA·cm-2,且循环稳定性和耐久性优于Pt/C催化剂.优异的催化性能归因于以下两点:Co-N/CNT-C-600 中大量碳纳米管作为纳米级电子导体,有效加速了反应过程中的电子传递速率;被锚定在碳纳米管和多孔碳内部的催化活性位点,有效防止了连续电极反应过程中金属离子的迁移和团聚.

Abstract

The ORR catalysts of Co-N co-doped carbon nanotube-porous carbon(Co-N/CNT-C)were synthesized by one-step acetonitrile vapor CVD,using acetonitrile vapor as the nitrogen source and Co ion-exchanged zeolite(CoY)as the template.The composition,structure and electrocatalytic performance of Co-N/CNT-C were characterized using SEM,TEM,XRD,BET,and electrochemical tests.The results showed that Co-N/CNT-C-600 exhibited a half-wave potential and a limiting current density in alkaline electrolyte similar to commercial Pt/C catalysts,reaching 0.80 V and 4.31 mA·cm-2,respectively.Moreover,it had superior cycling stability and durability compared to Pt/C catalysts.The excellent catalytic performance was attributed to two main factors:the abundant CNTs in Co-N/CNT-C-600 act as nanowires,effectively accelerating electron transfer rates during the reaction process;the catalytic active sites anchored within the CNTs and porous carbon effectively prevented the migration and aggregation of metallic species during the electrode reactions.

关键词

分子筛/化学气相沉积/钴-氮共掺杂/纳米材料/电化学/催化剂/燃料电池

Key words

Molecular sieves/Chemical vapor deposition/Co-N co-doped/Nanomaterials/Catalyst/Electrochemistry/Fuel cells

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基金项目

国家自然科学基金项目(51672117)

国家自然科学基金项目(51672118)

教育部产学研合作协同育人项目(230804429154127)

辽宁省自然科学基金项目(2023-BS-184)

2024年辽宁省高校基本科研业务费专项资金项目(6011000043)

2024年辽宁省高校基本科研业务费专项资金项目(6011000055)

2024年辽宁省大学生创新创业训练计划项目()

辽宁科技大学校人才启动基金项目(601010396)

辽宁科技大学实验室开放基金项目(SYSKF202407)

出版年

2024
当代化工
中国石油抚顺石化公司,中国石化抚顺石油化工研究院,沈阳市医药和化工行业联合会

当代化工

CSTPCD
影响因子:0.412
ISSN:1671-0460
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