钴/氮共掺杂碳基电催化剂的制备及性能调控

作者：公维佳; 张鸿宇; 杨柳; 唐小斌

来源：哈尔滨工业大学学报, 2021, 1-12.

• 核壳金属-有机框架（MOFs）
• 钴/氮共掺杂
• 电催化剂制备
• Co/Co3O4
• 催化活性

贵金属基电催化剂是促进燃料电池及金属-空气电池技术发展的关键材料，然而其单一的氧还原/氧析出催化功能及高昂的制备成本制约了其推广应用。为此，开发低成本、高效的非贵金属双功能电催化剂至关重要。以核壳金属有机框架（MOFs）为前驱体，通过高温煅烧法制备具有核壳结构、高催化活性、高导电性的钴/氮共掺杂碳基电催化剂(Co/Co3O4@NGC)。结果表明：煅烧温度是影响电催化剂微纳结构、物化组成和催化活性的关键因素，最佳烧结温度为900 ℃；制备的电催化剂(Co/Co3O4@NGC-900)具有清晰的核壳结构和3D十二面体形貌，微表面遍布Co/Co3O4纳米颗粒和Co-Nx位点。同时，Co/Co3O4@NGC-900有机地结合了多元活性成分(如活性Co/Co3O4纳米颗粒、Co-Nx及N掺杂)和高度石墨化碳基底的共同作用，具备高效的氧还原性（ORR，起始电位为0.89 V、半波电位为0.82 V、塔菲尔斜率为58.1 mV/dec、传荷电阻为26.6 Ω）和氧析出性（OER，过电势为410 mV、塔菲尔斜率为132 mV/dec、传荷电阻为24.5 Ω），且具有与传统贵金属基电催化剂(Pt/C， RuO2/C)相匹配的电催化性能，在保障高效电催化活性的前提下实现了催化剂制造成本的大幅削减，为新型MOFs电催化材料的制备和应用提供了理论和技术支撑。

• 单位
  东北农业大学; 城市水资源与水环境国家重点实验室; 哈尔滨工业大学