Poreuse koolstofnetwerken afgeleid van grafietkoolstofnitride voor een efficiënte zuurstofreductiereactie

Abstract

Er zijn grote inspanningen geleverd om een economische en efficiënte zuurstofreductiereactie (ORR) voor brandstofceltechnologie te vinden. Van de verschillende katalysatoren hebben N-gedoteerde op koolstof gebaseerde nanomaterialen veel aandacht getrokken vanwege de lage kosten, edelmetaalvrij en goede duurzaamheid. Hierin hebben we een gemakkelijke en economische strategie ontwikkeld om met stikstof gedoteerde koolstofnetwerken voor te bereiden voor een efficiënte ORR-toepassing. De g-C₃ N₄ wordt gebruikt als de matrijs en N-bron, en dopamine wordt gebruikt als de koolstofbron. Door eenvoudige hydrothermische behandeling en sinteren konden N-gedoteerde koolstofnetwerkstructuren met een hoog specifiek oppervlak, effectieve ORR-activiteit en superieure duurzaamheid worden verkregen. De huidige strategie is vrij van het betrekken van in het algemeen meerstaps, giftige reagentia, en de complicatie van het verwijderen van sjabloon voor fabricage van 3D-koolstofstructuren.

Achtergrond

De zuurstofreductiereactie (ORR) is een cruciale stap voor de verdere ontwikkeling van strategieën voor het omzetten van schone energie, zoals brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen [1,2,3]. De traditionele op Pt gebaseerde kathodematerialen voor ORR hebben over het algemeen te lijden van hoge kosten, beperkte stabiliteit en slechte tolerantie voor methanol [1, 4,5,6,7,8]. Daarom heeft het ontwikkelen van een goedkoop, zeer actief, duurzaam materiaal voor ORR veel aandacht gekregen [9, 10]. Er zijn talloze pogingen gedaan om vervanging te zoeken voor op Pt gebaseerde elektrokatalysatoren, zoals overgangsmetaalkatalysatoren [5, 11,12,13] en op koolstof gebaseerde nanomaterialen [4, 8, 13,14,15,16].

Met name, als metaalvrije elektrokatalysatoren, zijn op koolstof gebaseerde nanomaterialen veelbelovende materialen voor ORR vanwege de goede duurzaamheid, edelmetaalvrij en goedkoop [17]. Door een elegant ontwerp van het materiaalsysteem konden 3D-poreuze koolstofstructuren worden bereikt en een hoog specifiek gebied en porievolume worden geboden, wat uiterst belangrijk is voor een efficiënte ORR [7, 18]. Gewenste driedimensionale koolstofstructuren die in het algemeen zijn afgeleid van verschillende sjablonen, waaronder ijs, silica en polystyreen [19]. De fabricage van een 3D-koolstofstructuur omvatte in het algemeen meerstaps, giftige reagentia en complicaties bij het verwijderen van de sjabloon [6, 20, 21]. Een gemakkelijke voorbereidingsstrategie is dus nog steeds een belangrijk obstakel. Bovendien verbetert de introductie van N-atomen in koolstofmaterialen de elektrokatalytische activiteit aanzienlijk, waardoor efficiënte ORR wordt geïnduceerd [22, 23]. Grote inspanningen hebben N-gedoteerde koolstofmaterialen gerapporteerd door stikstofrijke bronnen zoals melamine [24, 25], ureum [26], dopamine [27] en pyrrool te introduceren, gevolgd door sinteren. Voor ORR-toepassingen is een gemakkelijke manier om poreuze structuur en efficiënte N-doping te realiseren nog steeds zeer gewenst.

Hierin hebben we een strategie ontwikkeld om met stikstof gedoteerde koolstofnetwerken voor te bereiden voor efficiënte ORR-toepassing met behulp van metaalvrij grafietkoolstofnitride (g-C₃ N₄ ) en dopamine (DA) als respectievelijk N-bron en C-bron. Metaalvrij g-C₃ N₄ is intensief onderzocht vanwege de mogelijke toepassing ervan voor fotokatalyse [9, 28,29,30] en ORR [30,31,32,33] enz. De N-gedoteerde materialen kunnen worden bereikt met gC₃ N₄ als de N-bron vanwege het hoge N-gehalte [20, 23, 34, 35]. De g-C₃ N₄ is een typisch tweedimensionaal geconjugeerd polymeermateriaal [36, 37]. Het heeft uitgebreide aandacht gekregen als een goedkope, metaalvrije, op zichtbaar licht reagerende fotokatalysator [38, 39]. De g-C₃ N₄ heeft een uitstekende elektronische bandstructuur, modificatie van oppervlaktefunctionaliteit en hoge fysische en chemische stabiliteit en is niet-toxisch en rijk aan grondstoffen [40,41,42]. Daarnaast is het stikstofgehalte hoog, waardoor het een van de bekende N-rijke verbindingen is [43]. Het belangrijkste is dat het een verscheidenheid aan 2D- of 3D-structuren heeft die kunnen worden verkregen door de syntheseomstandigheden te regelen [44,45,46]. Met stikstof gedoteerde koolstofmaterialen hebben over het algemeen een synthesetemperatuur van meer dan 800 ° C, wat voldoet aan de vereisten voor het verwijderen van de sjabloon [47]. Daarom is het mogelijk om g-C₃ . te gebruiken N₄ dat alleen koolstof- en stikstofelementen bevat om N-gedoteerde koolstofmaterialen te synthetiseren [48]. In het huidige werk, g-C₃ N₄ wordt gelijktijdig gebruikt als sjabloon en N-bron om poreuze koolstofstructuren met een hoog specifiek oppervlak (954 m² g⁻¹ ) en 5,71% N-gehalte wordt bereikt, wat een vergelijkbare ORR-activiteit, superieure duurzaamheid en methanoltolerantie vertoont als Pt/C-referentie-elektrokatalysator.

Methoden

Materialen

Kaliumhydroxide (KOH) en kaliumchloride (KCl) werden verkregen van Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Kaliumhexacyanoferraat (K₃ [Fe(CN)₆ ]) werden verkregen van Tianjin Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. Ureum werd verkregen van Beijing Chemical Corp. Alle bovengenoemde geneesmiddelen zijn analytisch zuiver. Naifon® geperfluoreerde oplossing (5 gew.% in mengsel van lagere alifatische alcoholen en water, bevat 45% water) werd gekocht bij Sigma-Aldrich.

Synthese van g-C₃ N₄ Sjabloon

Typisch werd 15 g ureum in een kroes van 100 ml gedurende 4 uur op 550 ° C gehouden. De g-C₃ N₄ werd verkregen en gemalen tot lichtgeel poeder voor later gebruik na afkoeling tot kamertemperatuur.

Synthese van g-C3N4@dopamine-precursoren

0,5 g g-C₃ N₄ werd gedispergeerd in 20 ml DA-oplossing. De concentratie van DA was 0,3 M. Het mengsel werd gedurende 2 uur aan ultrasone trillingen onderworpen en overgebracht naar een autoclaaf, gevolgd door verwarming gedurende 10 uur bij 120 °C. Het resulterende monster werd gecentrifugeerd en gewassen, gevolgd door een nacht drogen bij 80°C. Drie verwarmingstemperaturen van 120 °C, 140 °C en 160 °C werden gebruikt voor het bereiden van g-C₃ N₄ /PDA-precursoren, en de bijbehorende monsters werden g-C₃ . genoemd N₄ /PDA-120, g-C₃ N₄ /PDA-140 en g-C₃ N₄ /P DA-160, respectievelijk.

Voorbereiding van met stikstof gedoteerde 2D-koolstofmaterialen

De voorlopers van g-C₃ N₄ /PDA-120, g-C₃ N₄ /PDA-140 en g-C₃ N₄ /PDA-160 werden gedurende 2 uur in een stikstofatmosfeer tot 900 ° C verwarmd. Na afkoeling tot kamertemperatuur werden met stikstof gedoteerde poreuze koolstofmonsters genaamd NC-120, NC-140 en NC-160 (NC-T) gesynthetiseerd. De poging om de verwarmingstemperatuur verder te verlagen tot 100 °C leidde echter tot een zeer slechte coating van DA op g-C₃ N₄ , wat resulteerde in een lage opbrengst na sinteren bij 900 °C. Daarom werden drie temperaturen van 120 °C, 140 °C en 160 °C gekozen voor verder onderzoek. Het syntheseproces van met stikstof gedoteerde poreuze koolstofmonsters wordt getoond in Schema 1.

Het synthetische proces van NC-T elektrokatalysatoren

Elektrochemische meting

Elektrochemische analyse werd uitgevoerd door het elektrochemische werkstation van DyneChem, en Ag/AgCl en platina worden respectievelijk gebruikt als referentie-elektrode en tegenelektrode. De cyclische volampis werd getest in 0,1 M kaliumhydroxide-oplossing. De glazen koolstofelektrode (GCE) werd vóór gebruik gepolijst en gewassen. Om de werkelektroden voor te bereiden, werden aliquots van 5 L en 2,5 mg/ml NC-120, NC-140, NC-160, Pt/C-oplossingen op GCE gedompeld voor verdere test.

Karakterisering

De structuur en chemische samenstelling van de NC-T werd geanalyseerd met röntgendiffractie (XRD) (D-MAX II A röntgendiffractometer), transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) (Tecnai F20), scanning elektronenmicroscoop (SEM) ( JEOL7610), fouriertransformatie infrarood (FT-IR) (Nicolet iS50) spectra, röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) (Kratos Axis UltraDLD) en Raman (Horiba, Japan); N2-adsorptie-desorptie (77 K) isothermen werden uitgevoerd op een Micromeritics ASAP 2020-instrument (MICROSENSOR, VS).

Resultaten en discussie

SEM- en TEM-karakterisering

Om de morfologie van de gesynthetiseerde monsters te bepalen, worden SEM en TEM gebruikt voor structuurobservatie zoals weergegeven in Fig. 1. Figuur 1a geeft de bladstructuur weer van as-synthesized g-C₃ N₄ . De 2D-structuur van g-C₃ N₄ wordt verder bevestigd uit Fig. 1b, die vergelijkbaar is met het vorige rapport [48]. Voor g-C₃ N₄ /PDA-120 zoals getoond in Fig. 1c, d, het SEM-beeld is vergelijkbaar met dat van g-C₃ N₄ . Het TEM-beeld van g-C₃ N₄ /PDA-120 toont goed verspreide bladachtige morfologie, vergeleken met as-gesynthetiseerde g-C₃ N₄ . Met de toenemende verwarmingstemperatuur van 120 tot 160 ° C, kon de dunne lamellaire structuur van de verkoolde laag worden waargenomen (aanvullend bestand 1:figuur S1). Na sinteren bij 900 °C lijken de SEM-afbeeldingen honingraatachtige structuren zoals weergegeven in Fig. 1e vanwege de pyrolyse van g-C₃ N₄ sjabloon, waardoor poreuze koolstofstructuren worden geïnduceerd zoals weergegeven in figuur 1f en aanvullend bestand 1:figuur S2. De thermo-zwaartekrachttest van g-C₃ N₄ werd uitgevoerd om het residu van g-C₃ . te bepalen N₄ , en g-C₃ N₄ begint te ontleden bij 520 ° C. Onder stikstofbescherming wordt volledige ontleding bevestigd bij 760 °C, zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuur S3. Tussen 80 en 100 °C, g-C₃ N₄ zal door verdamping van vocht iets aan kwaliteit verliezen en het onderzoeksresultaat komt overeen met eerdere rapporten [47]. Dit geeft aan dat g-C₃ N₄ kan worden gebruikt als een efficiënte sjabloon voor het maken van poreuze koolstofstructuren.

Structurele karakteriseringen van monsters zoals koolstof nanosheets. een SEM en b TEM-afbeeldingen van g-C₃ N₄ , c SEM en d TEM-afbeeldingen van g-C₃ N₄ /PDA-120, e SEM en f TEM-beelden van NC-120

XRD-, FT-IR- en Raman-karakterisering

Hydrothermische temperatuur beïnvloedt niet alleen de structuur van monsters, maar verandert ook de piek van XRD. De drie DA-gecoate g-C₃ N₄ monsters vertonen allemaal twee diffractiepieken bij 13,0 ° en 27,4 ° toe te schrijven aan (100) en (002) kristalvlakken van g-C₃ N₄ sjabloon zoals getoond in Fig. 2a. Na calcineren bij 900 °C kon de voor de hand liggende variatie voor alle drie de monsters worden gevonden. De piek bij 13,0° verdween, en er treden twee nieuwe pieken op rond 26,3° en 44,1° die relevant zijn voor de (002) en (100) vlakken van grafeen, wat wijst op de vorming van een nieuwe grafitische koolstofstructuur zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:Figuur S4 [4]. Met de toenemende hydrothermische temperatuur neemt de mate van grafitisering en kristallijn geleidelijk toe. Dit wordt verder bevestigd door de Raman- en FT-IR-test.

een XRD-patronen van g-C₃ N₄ @PDA-120, g-C₃ N₄ @PDA-140 en g-C₃ N₄ @PDA-160; b FT-IR-spectra van g-C₃ N₄ , g-C₃ N₄ @PDA-120, g-C₃ N₄ @PDA-140 en g-C₃ N₄ @PDA-160; c FT-IR-spectra van g-C₃ N₄ , g-C₃ N₄ /PDA-120 en NC-120; d Raman-spectra van NC-120, NC-140 en NC-160

FT-IR-spectrometrie werd uitgevoerd om de functionele groepen die aanwezig zijn op de oppervlakken van NC-T-hybriden te analyseren. FT-IR-spectra van g-C₃ N_4, g-C₃ N₄ /PDA-120, g-C₃ N₄ /PDA-140 en g-C₃ N₄ /PDA-160 geven aan dat deze monsters vergelijkbare koolstof- en zuurstofbevattende functionele groepen bevatten, zoals getoond in Fig. 2b. De pieken tussen 1200 en 1650 cm⁻¹ behoren tot rekmethoden van CN-heterocycli, en de brede pieken in het bereik van 3000~3500 cm⁻¹ worden toegeschreven aan de N-H-groep rektrillingen [49]. Met de toenemende hydrothermische temperatuur, de twee pieken bij 1650 cm⁻¹ (C=C) en 3350 cm⁻¹ (O-H) zijn duidelijker vanwege DA verpakt op g-C₃ N₄ . Na carbonisatie bij hoge temperatuur blijven er slechts drie zwakke pieken over voor NC-120 op 1600 cm⁻¹ , 1260 cm⁻¹ , en 3450 cm⁻¹ (Fig. 2c), die worden toegeschreven aan de CC- en C-N-trilling. Dit geeft aan dat carbonisatie bij hoge temperatuur OH-, N-H- en andere chemische bindingen vernietigt, terwijl C-N-bindingen stabiel zijn, waardoor de effectieve dotering van stikstofelementen wordt gegarandeerd.

Raman-spectroscopie wordt gebruikt om de structurele evolutie van NC-T te evalueren. Figuur 2d is de Raman-spectra van NC-120, NC-140 en NC-160, en de pieken op 1350 en 1580 cm⁻¹ corresponderen met respectievelijk de D- en G-band [50, 51]. Met de toenemende hydrothermische temperatuur, de intensiteitsverhouding van I _D /Ik _G neemt af van 2,34 naar 2,08, wat de verhoogde mate van grafitisering aangeeft met de toenemende temperatuur.

XPS-karakterisering

XPS wordt gebruikt om de elementaire samenstelling van de monsters te onderzoeken, zoals weergegeven in Fig. 3. Vergeleken met g-C₃ N₄ , drie g-C₃ N₄ /PDA-T-monsters vertonen een verhoogd zuurstofgehalte door de verkoolde DA-coating op g-C₃ N₄ (Aanvullend bestand 1:Tabel S1). Met de toenemende hydrothermische temperatuur van 120 naar 160 °C neemt het N-gehalte af (Fig. 3a). Voor C-gerelateerde pieken nemen de intensiteiten van C-C / C =C- en C-O-pieken toe, terwijl de piek van N-C =C geleidelijk afneemt met de toenemende hydrothermische temperatuur, zoals weergegeven in figuur 3b. Volgens eerder rapport [24] zouden gewenste elektrochemische prestaties kunnen worden bereikt door monsters met een hoog effectief N-dopinggehalte. Gebaseerd op XPS-spectra van NC-T, neemt het C-gehalte toe na 900 ° C warmtebehandeling met de toename van de hydrothermische temperatuur (aanvullend bestand 1:figuur S6). Tabel 1 geeft het effectieve N-gehalte van de drie monsters. De NC-T toont de aanwezigheid van pyridine N (398,5 eV) en grafiet N (401,1 eV) [25]. Wanneer de hydrothermische temperatuur wordt verhoogd tot 160 °C, neemt het N-gehalte aanzienlijk af. Figuur 4 toont N 1 s XPS-spectra met hoge resolutie van NC-T-monsters. Het percentage pyridine N en grafiet N als functie van de hydrothermische temperatuur wordt getoond in figuur 4d. Het N-gehalte neemt geleidelijk af met de toenemende hydrothermische temperatuur.

een XPS-enquête en b C1s XPS-spectra van g-C₃ N₄ @PDA-T bereid op andere HT dan g-C₃ N₄ en respectievelijk 120 °C, 140 °C tot 160 °C

Hoge resolutie XPS-spectra van NC-T a 120 °C, b 140 °C en c 160 °C; d De verandering van het absolute atoomgehalte van gedoteerd N bij verschillende temperaturen

Brunauer–Emmett–Teller (BET) karakterisering

De katalytische activiteit is gerelateerd aan het specifieke oppervlak en de poriestructuur.

De BET-specifieke oppervlakten van monsters worden bepaald door N₂ adsorptie-isothermen testen bij 77 K, en alle monsters vertonen type IV-curven [19]. Dit houdt in dat de monsters microporiën en mesoporeuze structuren hebben, zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuur S5. De specifieke oppervlakten van NC-120, NC-140 en NC-160 zijn 954, 824 en 517 m² g⁻¹ , die aanzienlijk hoger zijn dan die van de originele g-C₃ N₄ (85 m² g⁻¹ ). De resultaten tonen aan dat een lagere temperatuur bijdraagt aan de vorming van een groot specifiek oppervlak en poriegrootte. Voor de ORR-katalysator zijn de voordelen van de gelaagde structuur, het hoge specifieke oppervlak en het hoge stikstofgehalte zeer belangrijk. De SEM- en TEM-beelden van g-C₃ N₄ /PDA-T toonde aan dat de drie monsters een vergelijkbare gelaagde structuur hebben met ongerepte g-C₃ N₄ (Extra bestand 1:Figuur S1). NC-120 vertoont het grootste grote specifieke oppervlak (954 m² g⁻¹ ), en het heeft een geschikte mesoporeuze structuur (≈ 5 nm). Het grote specifieke oppervlak helpt om het contactoppervlak met de reactanten te vergroten en de reactie te versnellen [52].

Elektrokatalytische prestaties en discussie

Uit bovenstaande resultaten kon worden geconcludeerd dat NC-120 het grootste specifieke oppervlak en het hoogste stikstofgehalte heeft, wat zeer gunstig is voor ORR [46]. De elektrochemische eigenschappen van de monsters worden onderzocht door middel van cyclische voltammetrie (CV) en vergeleken met commerciële Pt/C-katalysatoren. De resultaten worden getoond in Fig. 5 en Tabel 2. Er is geen zuurstofreductiepiek waargenomen voor alle monsters onder met stikstof verzadigde toestand (Fig. 5a en Aanvullend bestand 1:Figuur S8). Voor zuurstofverzadigde toestand is er een duidelijke zuurstofreductiepiek, en deze wordt duidelijker met de afnemende hydrothermische temperatuur. De resultaten suggereren dat CV-gedrag geassocieerd is met de structuur van katalysatoren. In O₂ -verzadigde 0,1 M KOH-oplossingen, het NC-120-monster drukt de beste prestaties uit, die dicht bij de op Pt gebaseerde katalysator ligt en het halve piekpotentieel is 0,224 V, en de uiteindelijke stroomdichtheid is 5,04 mA cm⁻¹ (Extra bestand 1:Figuur S7). Figuur 5b is de lineaire scan voltammogram (LSV) curve, die de beperkende stroomdichtheid en beginpotentialen van de NC-T-monsters toont. Met de afnemende hydrothermische temperatuur wordt de spannings- en stroomdichtheid verbeterd en worden de prestaties van de katalysator geleidelijk verbeterd. Uit figuur 5c blijkt dat een kleine beweging van die curve wordt gevonden na de toevoeging van methanol, wat suggereert dat NC-120 een uitstekende tolerantie voor methanol heeft. In figuur 5(e) vertoonde de NC-120 goede zuurstofreductie-eigenschappen, wat te wijten zou kunnen zijn aan het grote specifieke oppervlak en het stikstofgehalte (aanvullend bestand 1:figuur S7). Voor NC-120 (Fig. 5d, f) wordt het aantal elektronenoverdracht in het proces van zuurstofreductie berekend op 3,9-4,1, wat aangeeft dat de zuurstofreductiereactie van NC-120-katalysator vier elektronische processen is. NC-120 heeft de beste elektrochemische prestatie, die wordt toegeschreven aan de effectieve N-doping door de huidige strategie.

een CV-curven van NC-120 in N₂ en O₂ verzadigde 0,1 M KOH waterige oplossing met een scansnelheid van 100 mV s⁻¹ . b LSV-curves van NC-T bij 1600 tpm roterende snelheden. c Lineaire polarisatiecurven van NC-120 met verschillende rotatiesnelheden bij een zwaaisnelheid van 5 mV s⁻¹ in O₂ -verzadigde 0,1 M KOH. d K-L plot op verschillende potentialen op basis van de resultaten van c . e CV's van NC-120 in O₂ -verzadigde 0,1 M KOH-oplossing met 3 M CH₃ OH. v CV-curven van NC-T in O2 verzadigde 0,1 M KOH waterige oplossing met een scansnelheid van 100 mV s⁻¹

Zoals weergegeven in Schema 1, wordt DA gebruikt als koolstofbron en g-C₃ N₄ nanosheet wordt gebruikt als sjabloon en stikstofbron. Er zijn drie redenen om voor deze strategie te kiezen:Ten eerste, g-C₃ N₄ kan een meerlaagse structuur bieden en het kan volledig verdwijnen bij 900 ° C. Ten tweede kan DA een koolstofatoom leveren en kan verkoold DA aan beide zijden van g-C₃ dekken N₄ . PDA werd gevormd op het sjabloon van g-C₃ N₄ in een hydrothermisch proces met DA als koolstofbron. In hydrothermische processen kan PDA sterk hechten aan het substraatoppervlak van organische of anorganische materialen door sterke covalente en niet-covalente bindingen op het oppervlak van het substraat te vormen. Nadat het coatingmateriaal is gevormd, resulteert pyrolyse onder stikstofomstandigheden in de vorming van poreuze koolstofmaterialen met een groot specifiek oppervlak. Eindelijk, de ontlede g-C₃ N₄ zou N-atomen opleveren voor het doteren van de koolstofstructuur, waardoor de actieve plaatsen voor ORR effectief worden vergroot. In eerdere rapporten hebben Liu et al. bereid g-C₃ N₄ @PDA-composieten door DA-oplossing rechtstreeks in g-C₃ . te laten vallen N₄ oplossing onder roeren voor het verbeteren van zichtbaar licht fotokatalytisch H₂ productieactiviteit, die veelbelovende resultaten vertoont [37]. In het huidige werk hebben we, zoals hierboven besproken, een nieuwe strategie ontwikkeld om N-gedoteerde poreuze koolstofstructuren met een hoog specifiek oppervlak (954 m² g⁻¹ ) en hoog N-gehalte (5,71%) bij gebruik van g-C₃ N₄ als sjabloon en N-bron tegelijk. De verkregen composieten vertonen vergelijkbare ORR-activiteit, superieure duurzaamheid en methanoltolerantie ten opzichte van Pt/C-referentie-elektrokatalysator.

Conclusie

Samenvattend hebben we een strategie ontwikkeld om N-gedoteerde koolstofstructuren te synthetiseren. De eerste stap is voornamelijk het hydrothermische proces en de tweede stap is het warmtebehandelingsproces. Met g-C₃ N₄ als de sjabloon en DA als de koolstofbron, zouden poreuze koolstofnetwerken met een hoog N-dopinggehalte kunnen worden bereikt. De resulterende netwerkstructuren kunnen het specifieke oppervlak van de katalysator vergroten en bieden dus uitstekende elektrochemische eigenschappen, waaronder een goed methanoltolerantie-effect en stabiliteit in vergelijking met Pt/C-katalysatoren. De prestatie van deze uitstekende elektrokatalyse kan worden toegeschreven aan de volgende redenen:(1) N-gedoteerde C-gelaagde structuur met een hoog gehalte aan grafiet-N- en pyridine-N-soorten biedt een zeer actieve plaats voor zuurstofreductiereactie. (2) Het hoge specifieke oppervlak (954 m² g⁻¹ ) bestaat naast hoge grafietkoolstof en amorfe koolstof, wat bijdraagt aan de elektronengeleiding van de ORR. (3) De poreuze structuren versnellen de overdracht van elektronen en bevorderen het volledige gebruik van actieve plaatsen. Deze voordelen bepalen allemaal de goede katalytische werking van dit materiaal. Bovendien is de huidige methode om N-gedoteerde op koolstof gebaseerde nanomaterialen te bereiden economisch, milieuvriendelijk en efficiënt, waardoor ze in de toekomst op grote schaal beschikbaar zijn in brandstofcellen.