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Facile in situ fabrication of Co nanoparticles embedded in 3D N-enriched mesoporous carbon foam electrocatalyst with enhanced activity and stability toward oxygen reduction reaction

  • 02.01.2019
  • Chemical routes to materials
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Abstract

Oxygen reduction reaction (ORR) is a crucial reaction for various energy conversion and storage devices, but the sluggish kinetics and the usage of noble metals greatly restrict its practical device applications. In this work, a well-designed high-performance catalyst for ORR was synthesized via a facile one-step Co-MOF carbonization method, in which Co-MOF was prepared using the cobalt acetate tetrahydrate and 2,2′-bipyridyl-5,5′-dicarboxylic acid (H2bpydc) as the only raw materials and H2bpydc as the favorable carbon and nitrogen source for in situ nitrogen doping and metallic cobalt reduction. The resultant 3D mesoporous carbon foam catalyst with embedded Co nanoparticles (CoN–CF) is enriched with nitrogen, which exhibits high specific surface area and abundant N-doping active sites for catalytic ORR. In particular, the optimized CoN–CF-700 sample displays the best catalytic performances including onset potential of 0.94 V, half-wave potential of 0.85 V, long-term durability and superior resistance to methanol poisoning. The demonstrated synthetic strategy provides a new insight into easy-synthesis and high-economy routes for metal–N–C catalysts and a deeper understanding of the effects of microstructures on catalytic mechanisms.

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Titel
Facile in situ fabrication of Co nanoparticles embedded in 3D N-enriched mesoporous carbon foam electrocatalyst with enhanced activity and stability toward oxygen reduction reaction
Verfasst von
Chunyang Xu
Zheng Lin
Dian Zhao
Yulin Sun
Yijun Zhong
Jiqiang Ning
Changcheng Zheng
Ziyang Zhang
Yong Hu
Publikationsdatum
02.01.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 7/2019
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-018-03255-0
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