DOI: 10.1039/c9ra08951a
用于氧还原反应(ORR)的电催化剂在金属-空气电池、燃料电池和其他电化学装置中至关重要。本研究采用静电纺丝和热处理方法合成了铁氮共掺杂碳球电催化剂。结果表明,标记为Fe-N/MCS-181(Fe,N掺杂介孔碳球,九水硝酸铁为铁源)的催化剂不仅铁含量最高,达到0.13%,而且呈球形。其孔径分别为11和35 nm。在电化学性能方面,Fe-N/MCS-181的起始电位(Eonset)为0.018 V,Fe-N/MCS-181的半波电位(E1/2)为0.145 V,优于市售Pt/C催化剂(E1/2为0.18 V)。Fe-N/MCS-181催化剂的耐用性优于市售Pt/C催化剂,10000秒后,电流密度保持率为86.4%,而市售Pt/C催化剂的保持率为84.2%。同时,Fe-N/MCS-181催化剂的甲醇耐受性也很好。加入甲醇后,Fe-N/MCS-181催化剂的电流密度没有明显变化。本研究为制备用于氧化还原反应的高效耐用的铁氮掺杂碳催化剂提供了一种简便的方法。
图1.制备Fe-N/MCS催化剂的示意图。
图2.Fe-N/MCS-181(a和e)、Fe-N/MCS-121(b和f)、Fe-N/MCS-83(c和g)、Fe-N/MCS-158(d和h)的SEM和TEM图像。
图3.(a)Fe-N/MCS催化剂和SiO2的N2吸附-解吸等温线,(b)孔径分布。
图4.(a和b)Fe-N/MCS-18的N 1S和Fe 2p的XPS结果。
图5.(a)Fe-N/MCS催化剂的XRD图谱和(b)拉曼光谱。
图6.Fe-N/MCS催化剂的CV曲线。
图7.Fe-N/MCS催化剂和Pt/C在O2饱和的0.1 M KOH中的LSV曲线,扫描速率为10 mV s-1。
图8.(a)Fe-N/MCS催化剂在O2饱和的0.1 M KOH中的计时安培响应(b)Fe-N/MCS-181和Pt/C与3 M甲醇的计时安培响应。