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Erschienen in: Journal of Materials Science 23/2013

01.12.2013

Facile preparation of nitrogen-doped reduced graphene oxide as a metal-free catalyst for oxygen reduction reaction

verfasst von: Zhen-Jiang Lu, Mao-Wen Xu, Shu-Juan Bao, Kehfarn Tan, Hui Chai, Chang-Jun Cai, Chen-Chen Ji, Qiang Zhang

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 23/2013

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Abstract

The electronic and chemical properties of reduced graphene oxide (RGO) can be modulated by chemical doping foreign atoms and functional moieties. Nitrogen-doped reduced graphene oxide (N-RGO) is a promising candidate for oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells. However, there are still some challenges in further preparation and modification of N-RGO. In this work, a low-cost industrial material, urea, was chosen to modify RGO by a facile, catalyst-free thermal annealing approach in large scale. The obtained N-RGO, as a metal-free catalyst for oxygen reduction was characterized by XRD, XPS, Raman, SEM, TEM, and electrochemical measurements. It was found that the optimum synthesis conditions were a mass ratio of graphene oxide and urea equal to 1:10 and an annealing temperature of 800 °C. Detailed X-ray photoelectron spectrum analysis of the optimum product shows that the atomic percentage of N-RGO samples can be adjusted up to 2.6 %, and the resultant product can act as an efficient metal-free catalyst, exhibiting enhanced electrocatalytic properties for ORR in alkaline electrolytes. This simple, cost-effective, and scalable approach opens up the possibility for the synthesis of other nitrogen doping materials in gram-scale. It can be applied to various carbon materials for the development of other metal-free efficient ORR catalysts for fuel cell applications, and even new catalytic materials for applications beyond fuel cells.

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Literatur
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Zurück zum Zitat Srinivas G, Zhu YW, Piner R, Skipper N, Ellerby M, Ruoff R (2010) Carbon 48:630CrossRef Srinivas G, Zhu YW, Piner R, Skipper N, Ellerby M, Ruoff R (2010) Carbon 48:630CrossRef
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Metadaten
Titel
Facile preparation of nitrogen-doped reduced graphene oxide as a metal-free catalyst for oxygen reduction reaction
verfasst von
Zhen-Jiang Lu
Mao-Wen Xu
Shu-Juan Bao
Kehfarn Tan
Hui Chai
Chang-Jun Cai
Chen-Chen Ji
Qiang Zhang
Publikationsdatum
01.12.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 23/2013
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-013-7622-0

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