Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bọt graphene meso được hình thành từ zeolite với các khiếm khuyết có thể điều chỉnh như những chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng khử oxy
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, bọt graphene meso được định hình bằng zeolite đã được tổng hợp dễ dàng thông qua quá trình nhiệt phân dưới các nhiệt độ khác nhau cho phản ứng khử oxy. Các cuộc điều tra cho thấy rằng MGF có thể được điều chỉnh với các tính chất cấu trúc khác nhau bằng cách kiểm soát nhiệt độ nhiệt phân, trong đó MGF-900 (đã nhiệt phân ở 900°C) sở hữu diện tích bề mặt riêng BET lớn (619 m2 g−1), một khung carbon có cấu trúc vi mô - meso - vĩ mô phân cấp, và sự cân bằng tốt hơn giữa độ dẫn điện và các điểm hoạt động so với các mẫu khác (MGF-800 và MGF-1000). Kết quả, MGF-900 thể hiện hoạt tính xúc tác xuất sắc nhất với điện thế khởi đầu dương nhất là − 0,1 V và mật độ dòng điện cao nhất là 5,01 mA cm−2 trong số các mẫu khác nhau và nhiều chất xúc tác dựa trên carbon khác đã được báo cáo. Quan trọng hơn, mặc dù không có sự doping của các nguyên tử khác, hoạt tính xúc tác của MGF-900 gần như tương đương với của chất xúc tác Pt/C thương mại. Về khả năng dung nạp và độ ổn định, MGF-900 còn thể hiện tốt hơn. Do đó, với tư cách là một chất xúc tác điện luyện kim không chứa kim loại vượt trội, MGF-900 được chứng minh là ứng dụng tốt trong phản ứng khử oxy hiệu quả cao.
Từ khóa
#Bọt graphene #phản ứng khử oxy #xúc tác không kim loại #nhiệt phân #cấu trúc carbonTài liệu tham khảo
Debe MK (2012) Electrocatalyst approaches and challenges for automotive fuel cells. Nature 486:43–51
Liu M, Zhang R, Chen W (2014) Graphene-supported nanoelectrocatalysts for fuel cells: synthesis, properties, and applications. Chem Rev 114:5117–5160
Zhu ZQ, Han JX, Cui J, Zhou PL, Yang ZF, Sun HX, Li A (2021) Nanostructured tubular carbon materials doped with cobalt as electrocatalyst for efficient oxygen reduction reaction. J Mater Sci 56:8143–8151. https://doi.org/10.1007/s10853-021-05806-4
Fu S, Zhu C, Song J, Engelhard MH, Xia H, Du D, Lin Y (2016) Kinetically controlled synthesis of Pt-based one-dimensional hierarchically porous nanostructures with large mesopores as highly efficient ORR catalysts. ACS Appl Mater Interfaces 8:35213–35218
Xia W, Mahmood A, Liang ZB, Zou RQ, Guo SJ (2016) Earth-abundant nanomaterials for oxygen reduction. Angew Chem Int Ed 55:2650–2676
Xing L (2018) An agglomerate model for PEM fuel cells operated with non-precious carbon-based ORR catalysts. Chem Eng Sci 179:198–213
Liu L, Zeng G, Chen J, Bi L, Dai L, Wen Z (2018) N-doped porous carbon nanosheets as pH-universal ORR electrocatalyst in various fuel cell devices. Nano Energy 49:393–402
Zhang J, Song XM, Li P, Wu ZX, Wu YM, Wang S, Liu X (2018) Sulfur, nitrogen co-doped nanocomposite of graphene and carbon nanotube as an efficient bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and evolution reactions. J Taiwan Inst Chem E 93:336–341
Gong K, Du F, Xia Z, Durstock M, Dai L (2009) Nitrogen-doped carbon nanotube arrays with high electrocatalytic activity for oxygen reduction. Science 323:760–764
Li Y, Zhou W, Wang H, Xie L, Liang Y, Wei F, Idrobo JC, Pennycook SJ, Dai H (2012) An oxygen reduction electrocatalyst based on carbon nanotube-graphene complexes. Nat Nanotechnol 7:394–400
Yu L, Pan X, Cao X, Hu P, Bao X (2011) Oxygen reduction reaction mechanism on nitrogen-doped graphene: a density functional theory study. J Catal 282:183–190
Zheng Y, Jiao Y, Jaroniec M, Jin Y, Qiao SZ (2012) Nanostructured metal-free electrochemical catalysts for highly efficient oxygen reduction. Small 8:3550–3566
Choucair M, Thordarson P, Stride JA (2009) Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication. Nat Nanotechnol 4:30–33
Liu R, Wu D, Feng X, Mullen K (2011) Bottom-up fabrication of photoluminescent graphene quantum dots with uniform morphology. J Am Chem Soc 133:15221–15223
Yu Q, Lian J, Siriponglert S, Li H, Chen YP, Pei SS (2008) Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators. Appl Phys Lett 93:113103
Kim KS, Zhao Y, Jang H, Lee SY, Kim JM, Kim KS, Ahn JH, Kim P, Choi JY, Hong BH (2009) Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 457:706–710
Orofeo C, Ago H, Hu BS, Tsuji M (2011) Synthesis of large area, homogeneous, single layer graphene films by annealing amorphous carbon on Co and Ni. Nano Res 4:531–540
Sutter PW, Flege JI (2008) Sutter EA. Epitaxial graphene on ruthenium. Nat Mater 7:406–411
Wu Y, Ren X, Lu Y, Wang J (2008) Crystallization and morphology of zeolite MCM-22 influenced by various conditions in the static hydrothermal synthesis. Microporous Mesoporous Mater 112:138–146
Maheshwari S, Jordan E, Kumar S, Bates FS, Penn RL, Shantz DF, Tsapatsis M (2008) Layer structure preservation during swelling, pillaring, and exfoliation of a zeolite precursor. J Am Chem Soc 130:1507–1516
Wang Y, Sun H, Zhang R, Yu S, Kong J (2013) Large scale templated synthesis of single-layered graphene with a high electrical capacitance. Carbon 53:245–251
Cui X, Xu Y, Chen L, Zhao M, Yang S, Wang Y (2019) Ultrafine Pd nanoparticles supported on zeolite-templated mesocellular graphene network via framework aluminum mediation: an advanced oxygen reduction electrocatalyst. Appl Catal B-Environ 244:957–964
Cheng W, Liu X, Li N, Han J, Li S, Yu S (2018) Boron-doped graphene as a metal-free catalyst for gas-phase oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde. RSC Adv 8:11222–11229
Shin HJ, Kim KK, Benayad A, Yoon SM, Park HK, Jung IS, Jin MH, Jeong HK, Kim JM, Chioi JY, Lee YH (2009) Efficient reduction of graphite oxide by sodium borohydride and its effect on electrical conductance. Adv Funct Mater 19:1987–1992
Jiang H, Wang Y, Hao J, Liu Y, Li W, Li J (2017) N and P co-functionalized three-dimensional porous carbon networks as efficient metal-free electrocatalysts for oxygen reduction reaction. Carbon 122:64–73
He J, Li B, Mao J, Liang Y, Yang X, Cui Z, Zhu S, Li Z (2017) Four-electron oxygen reduction from mesoporous carbon modified with Fe2O3 nanocrystals. J Mater Sci 52:10938–10947. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1192-5
Xuan J, Huang N, Zhang J, Dong W, Yang L, Wang B (2021) Fabricating Co-N-C catalysts based on ZIF-67 for oxygen reduction reaction in alkaline electrolyte. J Solid State Chem 294:12788
Wang Z, Cheng L, Zhang R, Lv W, Wang W (2021) Surface-oxidized Fe-Co-Ni alloy anchored to N-doped carbon nanotubes as efficient catalysts for oxygen reduction reaction. J Alloy Compd 857:158249
Wei M, Huang S, Wang Y, Liu Y, He Y, Wang C, Yang L (2020) Nanostructured Ru-doped Co3O4 as an efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction in alkaline medium. J Alloy Compd 827:154207
Zhu Z, Yang Z, Fan Y, Liu C, Sun H, Liang W, Li A (2020) Calcination of porphyrin-based conjugated microporous polymers nanotubes as nanoporous N-rich metal-free electrocatalysts for efficient oxygen reduction reaction. ACS Appl Energy Mater 3:5260–5268
Zhang Y, Ullah S, Zhang R, Pan L, Zhang X, Zou J (2020) Manipulating electronic delocalization of Mn3O4 by maganese defects for oxygen reduction reaction. Appl Catal B-Environ 277:119247
Jia X, Meng Y, Zhang J, Song Y (2019) Nitrogen-doped OMCs with high electrocatalytic activity for oxygen reduction reaction. Inorg Chem Commun 107:107482
Liu G, Zhao C, Wang G, Zhang Y, Zhang H (2018) Efficiently electrocatalytic oxidation of benzyl alcohol for energy-saved zinc-air battery using a multifunctional nickel-cobalt alloy electrocatalyst. J Colloid Interf Sci 532:37–46