home Productietechnologie Fabricage-apparatuur
Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Nanomaterialen

Nanokanaal-gecontroleerde synthese van ultrahoge stikstofdopingefficiëntie op mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren voor zuurstofreductiereactie

Abstract

Het ontwerpen van geschikte methoden om de efficiëntie van stikstofdoping en de dichtheid van de actieve plaats effectief te verbeteren, is essentieel om de zuurstofreductiereactie (ORR) -activiteit van niet-platina Fe/N/C-type elektrokatalysatoren te stimuleren. Hier stellen we een gemakkelijke en effectieve strategie voor om een ​​mesoporische gestructureerde Fe/N/C-katalysator voor de ORR te ontwerpen met een ultrahoog BET-oppervlak en uitstekende geleidbaarheid via nanokanalen van moleculaire zeef-begrensde pyrolyse van Fe 2+ ionen gecoördineerd met 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine-complexen als een nieuwe voorloper met het stabiele coördinatie-effect. Door het nanokanaal-beperkte effect te combineren met het stabiele coördinatie-effect kan de thermische stabiliteit synergetisch worden verbeterd en de met stikstof verrijkte actieve plaatsen worden gestabiliseerd, en helpen om het verlies van actieve N-atomen tijdens het pyrolyseproces te beheersen en om verder een hoge dichtheid van de actieve plaats te verkrijgen voor verbetering van de ORR-activiteit. De als-bereide Fe/N/C-elektrokatalysator heeft uitstekende katalytische activiteit vertoond met een aanvangspotentieel van ~ 0,841 V (versus RHE) die de Pt/C-katalysator dicht benadert en een hoge stabiliteit op lange termijn in alkalische elektrolyt. Bovendien kan deze katalysator een lage waterstofperoxideopbrengst (<6,5%) en een hoog aantal elektronenoverdracht (3,88-3,94) vinden, wat aangeeft dat het een waardevolle vervanging is voor traditionele Pt/C-katalysatoren. Dit werk effent een nieuwe manier om hoogwaardige Fe/N/C-elektrokatalysatoren te ontwerpen en verdiept het begrip van de actieve site en het ORR-katalysemechanisme.

Inleiding

De verkenning van geavanceerde apparaten voor schone energie (bijv. brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen) is momenteel een effectieve oplossing om de milieuvervuiling en energiecrisis op te lossen. In deze systemen is de zuurstofreductiereactie (ORR) met de kenmerken van trage kinetiek en diversiteit van reactiepaden een cruciaal proces [1, 2]. Op dit moment zijn de eersteklas en veelgebruikte elektrokatalysatoren voor de ORR de platina-nanodeeltjes die zijn verankerd op verschillende koolstofmaterialen, maar ze hebben enkele nadelen (bijvoorbeeld hoge kosten, schaarste, slechte stabiliteit en gemakkelijk vergiftigd) om de grootschalige commerciële toepassingen [3]. Daarom is het ontwerp van goedkope en zeer efficiënte niet-platina of niet-edelmetalen ORR-elektrokatalysatoren uiterst onmisbaar.

In de afgelopen jaren worden de elektrokatalysatoren met gedoteerde koolstof beschouwd als een van de potentiële niet-edele elektrokatalysatoren als vervanging voor de commerciële op Pt gebaseerde katalysatoren in termen van deze voordelen, zoals goedkope, krachtige, corrosiebestendige en overvloedige bronnen [4, 5]. Overgangsmetaal/stikstof-gedoteerde koolstoffen (TM/N/C) die dienen als de belangrijkste soort gedoteerde koolstof ORR-katalysatoren, zijn een populair onderzoeksgebied geworden [4,5,6]. Enerzijds de synthese van niet-platina TM/N/C-katalysatoren afgeleid van ftalocyanine, porfyrine en hun derivaten die een TM-Nx bevatten (x =2, 4, 6, et al.) structuur als veelbelovende voorlopers [4,5,6,7,8,9,10], maar het punt van zorg is gewoonlijk beperkt tot een reden dat de structuur van TM-Nx is een enige voorwaarde voor het succesvol ontwerpen van TM/N/C-katalysatoren. Aan de andere kant stelden sommige onderzoekers voor dat de warmtebehandeling van metaal-macrocyclische complexen bij hoge temperaturen de oorspronkelijke TM-Nx gedeeltelijk of volledig kan vernietigen. structuur en vervolgens zullen de effectieve actieve sitestructuren worden geregenereerd [11]. Het is gebleken dat de opname van TM-Nx coördinatiestructuren in de voorlopers is geen noodzakelijke voorwaarde, en bijna de voorlopers die TM-, N- en C-bronnen bevatten, kunnen worden gebruikt voor TM/N/C-katalysatoren [12]. Deze doorbraak bevordert de rationele constructie en prestatiecontrole voor verschillende TM/N/C-katalysatoren, vooral voor Fe/N/C-katalysatoren als de meest ideale productie om de commerciële op Pt-gebaseerde katalysatoren te vervangen [13,14,15]. Dankzij de heterogene structuur van Fe/N/C-katalysatoren is de identificatie van ORR-actieve plaatsen echter nog steeds controversieel. Er zijn twee meningen over de ORR-structuren van de actieve plaats van de Fe/N/C-katalysator:(i) de nieuwe Fe-Nx actieve structuren worden hervormd uit Fe- en N-atomen na warmtebehandeling van ternaire voorlopers bij hoge temperaturen [2, 7, 10, 13, 14]; (ii) de N-gedoteerde koolstof (NC)-structuren afgeleid van de koolstofdragers gemodificeerd door stikstofatomen tijdens het pyrolyseproces, maar Fe-atomen worden beschouwd als de promotor om de vorming van NC-structuren te vergemakkelijken en ze hebben weinig of geen katalytisch effect in de ORR-proces [16,17,18]. Hoewel de rol van Fe-atomen niet duidelijk is uitgelegd in Fe/N/C-katalysatoren, is het ondubbelzinnig dat de dotering van N-atomen in het koolstofskelet van koolstofdrager wordt geïntroduceerd om de elektrokatalytische activiteit te stimuleren.

Een punt van zorg is dat de fabricage van Fe/N/C-katalysatoren door directe carbonisatie van macromolecuulpolymeren [12, 19, 20], chemische complexen en biologische eiwitten die Fe-Nx bevatten. structuren [15, 21, 22] en andere ijzer-stikstofbronnen [17, 23, 24] wordt gewoonlijk uitgevoerd in een open systeem. Bovendien kunnen de meeste met stikstof verrijkte voorlopers gemakkelijk optreden bij accumulatie of agglomeratie in het carbonisatieproces, wat effectieve blootstelling van katalytisch ORR-actieve plaatsen zal voorkomen, het thermische verlies van N-atomen zal bevorderen en de dichtheid van de actieve plaats zal verminderen, wat resulteert in de beperking van de ORR-prestaties van Fe/N/C-katalysatoren [25]. Een andere zorg is dat de elektronische geleidbaarheid van de gesynthetiseerde Fe/N/C-materialen ook hun ORR-activiteit bepaalt. In het algemeen zullen, wanneer de hoge geleidbaarheid van Fe/N/C-katalysatoren wordt verkregen, de actieve stikstofatomen ernstig verliezen tijdens het calcineringsproces. Met andere woorden, in een open systeem kunnen de conductantie en het active-site-nummer niet gelijktijdig in aanmerking worden genomen. Het beheersen van het verlies van actieve stikstofatomen tijdens het pyrolyseproces is nog steeds een urgent probleem om de elektrokatalytische activiteit te verbeteren. Verschillende onderzoeksgroepen stelden een aantal effectieve beperkte reactiestrategieën voor om dit fenomeen te verbeteren. Enkele typische monsters zijn als volgt:(i) het montmorilloniet met een beperkte tussenlaag van ~ 1 nm wordt gebruikt als een 2D-reactor met beperkte ruimte om de pakking en het thermische verlies van actieve stikstofatomen te voorkomen en de geleidingseigenschappen te verbeteren [26] , (i) de oververzadigde natriumchloriden worden tevoorschijn gehaald als een volledig gesloten reactor om het stikstofverlies te beheersen en de dichtheid van de actieve plaats te verhogen [27], en (iii) onze groep gebruikte onlangs zelf-geassembleerde 3D-NaCl-aggregaten als een semi-gesloten begrensde reactor om de ontbindingssnelheid van actieve stikstofrijke structuren effectief te verlagen, wat leidt tot een toename van de dichtheid van de actieve plaats en een verhoging van de ORR-activiteit [25]. Deze methoden hebben echter vaak een omslachtige voorbehandeling, ingewikkelde technologie of beperkte weerstand tegen de te hoge temperatuur nodig.

Hier stellen we een gemakkelijke en gemakkelijke strategie voor om een ​​nieuwe Fe/N/C-katalysator te ontwerpen via nanokanalen van moleculaire zeef-begrensde pyrolyse van Fe gecoördineerd met 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5- triazinecomplexen (Fe-TPTZ) als een nieuwe voorloper met het stabiele coördinatie-effect. In het carbonisatieproces bij hoge temperaturen kan deze beperkte methode het gedeeltelijke verlies van N-atomen verminderen, het BET-oppervlak en de mesoporeuze kenmerken verbeteren, de stikstofdoping-efficiëntie en de dichtheid van de actieve site bevorderen en de elektronische geleidbaarheid verhogen, wat effectief kan stimuleren de ORR elektrokatalytische activiteit van Fe/N/C-katalysator. Het ORR-kinetisch gedrag en het katalysemechanisme van de Fe/N/C-katalysator werden verder onderzocht. De uitstekende ORR-activiteit met een aanvangspotentieel van ~ 0,841  V (versus RHE) die de Pt/C-katalysator nauw benadert en de hoge stabiliteit op lange termijn kan worden waargenomen bij de Fe/N/C-katalysator, wat aangeeft dat het een waardevol alternatief is voor traditionele Pt/C-katalysatoren in alkalische oplossing. De toekomstige impact van deze studie biedt een nieuw idee of een nieuwe methode voor het ontwerpen van een hoogwaardige, niet-edele Fe/N/C-katalysator door integratie van het stabiele coördinatie-effect op moleculair niveau en de nanokanaal-begrensde effecten en verdiept het begrip van de actieve site en ORR-katalysemechanisme.

Methoden

Synthese van mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren

Om de Fe/N/C-katalysatorprecursor te synthetiseren, 0,2  g KIT-6 moleculaire zeven (KIT-MS) (geleverd door Jiangshu Jichang Nano-Technology Co., Ltd.) met een BET-oppervlak van 780 m 2 g -1 wordt ultrasoon gedispergeerd in 0,2 mol l -1 HCl-oplossing (totaal volume 20 ml). Vervolgens 0,2 g 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine (TPTZ) geleverd door de Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd. en 0,0423  g FeCl2 ·4H2 O werden achtereenvolgens toegevoegd op basis van een vaste voorwaarde:n (Fe 2+ ):n (TPTZ) =1:3 en werden gedurende 5 uur bij 25°C verder geroerd om de coördinatiereactie tussen Fe 2+ adequaat te garanderen ionen en de TPTZ en fixeren effectief de gevormde Fe-TPTZ-complexen in nanokanalen (poriegrootte 4-10 nm) van KIT-MS. Nadat het bij 80 °C in een droogoven is gedroogd, wordt het gewonnen monster gemarkeerd als de Fe-TPTZ@KIT-MS-precursor, die verder wordt verwarmd op verschillende temperaturen (800 °C, 900 °C en 950 °C) gedurende 2 h in een buisvormige weerstandsoven met een N2 -stroomsnelheid van 0,5 L min -1 . De verkregen monsters werden absoluut geëtst met fluorwaterstofzuur (40 wt.%) en herhaaldelijk gewassen met opnieuw gedestilleerd water om drie soorten mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren te produceren (gemarkeerd als m -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950, respectievelijk). Het ontworpen proces van mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren met een hoge dichtheid van de actieve plaats is aangegeven in Fig. 1. Het is opmerkelijk dat de KIT-MS kan worden beschouwd als een nieuwe nanokanaal-begrensde reactor voor het effectief beheersen van het thermische ontledingsverlies van stikstofatomen en verdere verbetering van de met stikstof gedoteerde actieve plaatsdichtheid onder het pyrolyseproces bij hoge temperatuur. Bovendien is de belangrijkste reden voor het Fe-TPTZ-complex als waardevol uitgangsmateriaal voor de productie van mesoporische gestructureerde Fe/N/C-elektrokatalysatoren met een hoge actieve-sitedichtheid de sterke coördinerende rol tussen Fe 2+ ionen en stikstofatomen in het TPTZ-ligand, die de Fe-TPTZ-complexstructuur thermisch kunnen stabiliseren en de dispersiteit van Fe-bevattende soorten in uiteindelijke Fe/N/C-katalysatoren kunnen bevorderen. Ondertussen kan het de thermische ontledingssnelheid van N-atomen tijdens het pyrolyseproces effectief verlagen en de met stikstof gedoteerde katalytisch actieve plaatsdichtheid verbeteren voor het optimaliseren van de ORR-prestaties. Als controle hebben we de m -Ni/N/C-900 en m -Cu/N/C-900 via dezelfde synthesemethode bij 900 °C en KIT-MS als een nieuwe nanokanaal-beperkte reactor. We hebben ook de Fe/N/C-900- en N/C-900-katalysatoren gesynthetiseerd bij dezelfde warmtebehandelingstemperatuur, afgeleid van respectievelijk het Fe-TPTZ-complex en TPTZ-ligand, zonder KIT-MS te gebruiken als de nanokanaal-begrensde reactor .

Een schematische tekening voor de synthese van mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren

Karakterisatie van mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren

Thermogravimetrische analysegegevens werden verkregen op een Shimadzu DTG-60H differentiële thermische analysator onder de stikstofatmosfeer met een verwarmingssnelheid van 10 °C min -1 . Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) gegevens werden verzameld op een Kratos XSAM800-spectrometer. Scanning- en transmissie-elektronenmicroscopiebeelden met hoge resolutie werden verkregen op respectievelijk Hitachi UHR S4800- en FEI Tecnai-G2 F30-instrumenten. Stikstofadsorptie/desorptie-isothermen werden getest op een Micromeritics ASAP 2010-analysator bij 77 K. Röntgendiffractiegegevens (XRD) werden verkregen op een Shimadzu XRD-6000 röntgendiffractometer (Cu Ka1 straling, λ =1,54178 Ǻ) bij een scansnelheid van 4° min -1 . Het Horiba HR800 Raman-systeem werd gebruikt om de Raman-spectroscopie te meten met een excitatiegolflengte van 532 nm.

Elektrochemische tests

Alle elektrochemische gegevens werden verzameld op een CHI760E Bipotentiostaat (Shanghai Chenhua Instruments Co. Ltd., China) met een systeem met drie elektroden, dat is samengesteld uit een roterende ring (Pt)-schijf (glasachtige koolstof, Φ =5 mm) werkelektrode (RRDE, American Pine Instrument Co., Ltd.), een verzadigde calomel referentie-elektrode (SCE) en een Pt-folie tegenelektrode (1 cm 2 ). De bereiding van de met katalysator beklede RRDE verwijst naar de eerdere rapporten [21, 25]. Over het algemeen 10 μl van 10 mg ml −1 katalysatordispersie werd op RRDE gedruppeld en natuurlijk gedroogd. De massabelading van de katalysator was beperkt tot ongeveer 600 μg cm −2 . Alle elektrodepotentialen versus de SCE in alkalisch elektrolyt werden omgezet in de potentialen versus de omkeerbare waterstofelektrode (RHE) op basis van de Nernst-vergelijking. Met andere woorden, de potentiaalomzetting volgt deze vergelijking:E ​​(vs. RHE)/V =E (vs. SCE)/V + 1,0 V Voordat de elektrochemische test werd uitgevoerd, werd de activering van de met katalysator beklede RRDE uitgevoerd door de cyclische voltammetrietest van 1,2 tot 0,2 V vs. RHE in 0,1 mol l -1 KOH-oplossing verzadigd met stikstof gedurende 20 cycli. De scansnelheid is 5 mV s -1 en de elektrolyt is 0,1 mol l -1 KOH in alle voltammetrietests.

Resultaten en discussie

Thermogravimetrische analyse (TGA) van drie voorlopers (Fe-TPTZ@KIT-MS, Fe-TPTZ en TPTZ) wordt eerst aangegeven in figuur 2a. Het is te zien dat de thermische ontleding van TPTZ-ligand snel is nadat de temperatuur hoger is dan 300 ° C en dat slechts ~ 9,0% van de resterende massa kan worden bespaard. De resterende massa is echter ~ 40,3% bij de TGA-curve van het Fe-TPTZ-complex, wat de vorming van de relatief stabiele coördinatie-interactie van Fe 2+ suggereert. ionen en stikstofatomen zoals pyridine-stikstofatomen aan de rand of aromatische ringstikstofatomen in het TPTZ-ligand [28]. Dit complexeringseffect op moleculair niveau kan voornamelijk de thermische stabiliteit van het Fe-TPTZ-complex verbeteren en ook helpen bij de productie van gebrugde en verknoopte TPTZ-moleculen. Het ontledingsgedrag van de Fe-TPTZ kan verder worden vertraagd dankzij het gebruik van de in de ruimte beperkte rol van nanokanalen van KIT-MS als een nieuwe nanoreactor, wat leidt tot de grootste restmassa (47,4%) van Fe-TPTZ@KIT- MEVR. Deze rol kan gunstig zijn voor de verhoging van de met stikstof gedoteerde efficiëntie en de dichtheid van de actieve plaats tijdens pyrolyse bij hoge temperatuur, waardoor de ORR-prestaties van mesoporeuze Fe/N/C-katalysatoren kunnen worden geoptimaliseerd. Om verder te onderzoeken of de stabiele coördinatie-interactie volledig was gevormd, hebben we eerst TPTZ, Fe-TPTZ en Fe-TPTZ@KIT-MS gekarakteriseerd door N1s XPS-spectra met hoge resolutie (figuur 2b). Het is duidelijk dat de bindingsenergie (B.E.) van pyridine-stikstof positief verschoof van 398,8 eV voor het TPTZ-ligand naar 399.1 eV voor het Fe-TPTZ-complex of de Fe-TPTZ@KIT-MS-precursor. Het levert het directe bewijs voor de vermindering van de elektronendichtheid rond pyridine-N-atomen na Fe 2+ ionen worden geïntroduceerd, omdat de positieve verschuiving in B.E. kan te wijten zijn aan de complexeringsinteractie die plaatsvond tussen Fe 2+ ionen en pyridine-N-atomen aan de rand van het TPTZ-molecuul waarin 3d-onbezette orbitalen van Fe 2+ ionen kunnen effectief worden gevuld door de eenzame elektronenpaar van pyridine-stikstofatomen. De vorming van het Fe-TPTZ-complex kan er verder toe leiden dat er meer pyridine-stikstofatomen rond de Fe-atomen worden verzameld, wat gunstig kan zijn om meer Fe-Nx te produceren actieve plaatsstructuren resulterend in de verbetering van de ORR-elektrokatalytische activiteit van als voorbereide mesoporiën-gestructureerde Fe/N/C-katalysatoren.

een TGA-curven en b hoge resolutie N1s XPS-spectra van TPTZ-, Fe-TPTZ- en Fe-TPTZ@KIT-MS-precursoren

Op basis van het feit dat de geleidingskarakteristiek van elektrokatalysatoren van het Fe/N/C-type nauw verband hield met hun ORR-katalytische prestaties, hebben we de elektronische geleidbaarheid van m gemeten. -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950 door de elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS). De EIS-gegevens zijn verkregen in een gemengde oplossing bestaande uit 0,1 M KCl als elektrolyt en 1 mM [Fe(CN)6 ] 3- /[Fe(CN)6 ] 4- als een redox-sonde. De Bode-resultaten worden getoond in Fig. 3a en de Nyquist-grafieken zijn aangegeven in de inzet van Fig. 3a. De Nyquist-plots zijn voorzien van een equivalent circuit (zie aanvullend bestand 1:figuur S1) met vijf componenten van R s , C dl , R p , R int , en C ϕ , waar R s vertegenwoordigt de weerstand van elektrolyt opgetreden tussen de referentie-elektrode en de werkelektrode. C dl vertegenwoordigt de dubbellaagse capaciteit op de elektrode vaste/elektrolyt-interface, C ϕ is de gerelateerde relaxatie van lading geassocieerd met de vorming van oppervlakte-tussenproducten, R p vertegenwoordigt de ladingsoverdrachtsweerstand tijdens de ORR, en R int staat voor het gemak met de vorming van tussenproducten. De som van R p en R int is gerelateerd aan het ORR-percentage. De aangepaste resultaten worden voorgesteld in Aanvullend bestand 1:Tabel S1. Het kan worden gevonden dat de som van R p en R int is slechts 2232.2 Ω voor m -Fe/N/C-900, maar is ongeveer 2475,5 Ω voor m -Fe/N/C-800 en tot 4418.6 Ω voor m -Fe/N/C-950, respectievelijk. Een kleinere som suggereert een relatief hogere ORR-snelheid, wat betekent dat de overeenkomstige katalysator (m -Fe/N/C-900) heeft een betere elektrokatalytische activiteit van ORR vertoond.

een EIS voorspelt plot van m-Fe/N/C-800, m-Fe/N/C-900 en m-Fe/N/C-950; de inzet is de overeenkomstige Nyquist-plot. b Raman-spectra van m-Fe/N/C-800, m-Fe/N/C-900 en m-Fe/N/C-950

Raman-spectra van m -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950 (zie figuur 3b) werden gemeten en vervolgens in twee Lorentz-pieken gepast. De piek gecentreerd op ~ 1350 cm -1 komt overeen met de ongeordende structuur-geïnduceerde D-band, die meestal te wijten is aan het optreden van verschillende in-plane heteroatoom-gedoteerde defecten [18]. De piek gecentreerd op ~ 1600 cm -1 vertegenwoordigt alle grafische structuur-geïnduceerde G-band met de in-plane E 2g vibratiemodus [25]. Hun intensiteitsverhouding (I D /Ik G ) werd significant gebruikt voor het onderscheiden van de graden van wanorde en grafitisering. Het blijkt dat de I D /Ik G waarde op m -Fe/N/C-900 is ongeveer 1,11, wat duidelijk hoger is dan op m -Fe/N/C-800 (I D /Ik G =1,05) of m -Fe/N/C-950 (I D /Ik G =1,06). Het impliceert dat er in m meer stikstofhoudende defecte structuren en een hoger doteringsgehalte van stikstofatomen kunnen bestaan. -Fe/N/C-900, wat goed overeenkomt met de resultaten van XPS-analyse. In deze studie hebben we de Fe-TPTZ-complexen rechtstreeks in nanokanalen van moleculaire zeven gefixeerd, omdat een nieuwe nano-opsluitingsreactor ze aanzienlijk kan beschermen tegen de pyrogene ontbinding. Bovendien is het sterke coördinatie-effect op moleculair niveau tussen Fe 2+ ionen en stikstofatomen in het TPTZ-ligand kunnen ook de Fe-TPTZ-precursor tot op zekere hoogte stabiliseren en het totale N-gehalte en de N-dopingefficiëntie tijdens het pyrolyseproces verder bevorderen. Sommige eerder gerapporteerde resultaten suggereerden dat het doteringsgehalte van N-atomen de elektrische geleidbaarheid van gedoteerde koolstofkatalysatoren positief kan beïnvloeden [22, 26], waardoor de optimale geleidingskarakteristiek en de hoogste N-doteringsefficiëntie van de m -Fe/N/C-900 elektrokatalysator bereid in dit werk.

De analyse van röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) werd toegepast om de elektronische structuur en chemische samenstelling op het oppervlak van m te bestuderen. -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950. Volgens het onderzoek XPS-spectra (Fig. 4 en Aanvullend bestand 1:Figuur S2), vinden we dat alle Fe/N/C-type katalysatoren grotendeels de elementen C, N, O en Fe bevatten, wat bewijst dat Fe en N atomen werden met succes gedoteerd in de koolstofstructuur. De totale gehalten aan Fe, C en N van de XPS-oppervlakteanalyse en alle N/C-verhoudingen in als voorbereide mesoporeuze ORR-elektrokatalysatoren van het Fe/N/C-type zijn samengevat in tabel 1. Het is aangetoond dat de N/C-verhouding in m -Fe/N/C-900 is maximaal 10,3, wat duidelijk groter is dan die in m -Fe/N/C-800 (~ 10.0) of m -Fe/N/C-950 (~ 4.4), wat verder wijst op de hoogste stikstofdopingefficiëntie en het totale stikstofgehalte in m -Fe/N/C-900. De C1s XPS-analyse van m -Fe/N/C-900 (Fig. 4b) keurt ook de dotering van stikstofatomen goed dankzij het verschijnen van een karakteristieke piek die overeenkomt met de sp 2 C=N binding bij de bindingsenergie (B.E.) van ~ 286.5 eV. Verder is het signaal van het Fe-element in de survey XPS-spectra van als voorbereide Fe/N/C-type elektrokatalysatoren relatief zwak omdat het Fe-gehalte erg laag is na uitloging in een zure oplossing. Om de elektronische toestand van Fe-atomen te onderzoeken, analyseerden we de Fe 2p XPS-spectrum van m -Fe/N/C-900 in Fig. 2b, die in vier pieken was gepast met B.E. van respectievelijk 710,3, 712,9, 716,8 en 725,3 eV. De piek op ~ 710,3 eV kan worden toegeschreven aan de karakteristieke piek van de Fe-N-binding, die het optreden van de Fe 2+ laat zien. staat in m -Fe/N/C-900 [29, 30]. De BE gelegen op ongeveer 712,9 eV en 725,3 eV komt overeen met de Fe 3+ 2p 3/2 en Fe 3+ 2p 1/2 , respectievelijk (Fig. 4c), wat suggereert dat de Fe-atomen van het Fe-TPTZ-complex gedeeltelijk kunnen worden geoxideerd; de piek op 716,8 eV kan echter de satellietpiek van de Fe-N-binding vertegenwoordigen. Om de chemische toestand van Fe-oxiden verder te verzekeren, analyseerden we de O1s spectrum van m -Fe/N/C-900 (Fig. 4d). Het is verdeeld in drie pieken met B.E. van 531,0, 532,3 en 533,2 eV, wat overeenkomt met C–O–C, C=O en Fe–O afzonderlijk [31]. De bovengenoemde resultaten kunnen erop wijzen dat de bestaande toestand van Fe-atomen grotendeels bestaat uit Fe-N- en Fe-O-bindingen in de m -Fe/N/C-900 elektrokatalysator.

Enquête (a ), Fe 2p (b ), O 1s (c ), en C 1s (d ) XPS-spectra van m -Fe/N/C-900

De gemonteerde N1s XPS-spectra van m -Fe/N/C-800 en m -Fe/N/C-900 (zie Fig. 5a, b) vertonen vier pieken met B.E. van 398,3, 399,5, 401.1 en 406,1 eV, die hoofdelijk toe te schrijven zijn aan het pyridine-N, Fe-N, grafiet-N en geoxideerd-N (–NO2 ) [10, 16, 25, 26, 32, 33]. Echter, de gemonteerde N1s XPS-spectrum van m -Fe/N/C-950 (Fig. 5c) vertoonde slechts drie pieken met B.E. van 399,2, 401,4 en 406,4 eV, overeenkomend met de Fe–N, grafiet-N en geoxideerd-N (–NO2 ), respectievelijk. Opgemerkt wordt dat de elektronenwolkdichtheid van stikstofatomen is verschoven als gevolg van een sterkere elektronegativiteit van zuurstofatomen, waardoor de oxidatiepiek verscheen in het hoge energiestadium. De relatieve verhouding van grafiet-N-groepen domineert in het totale stikstofgehalte, maar de relatieve verhouding van inactief geoxideerd-N (–NO2 ) stijgt van 17,8 naar 38,7 at.% met een verhoging van de pyrolysetemperatuur, zoals aangegeven in Fig. 5d. Bovendien zal een hogere pyrolysetemperatuur leiden tot het verdwijnen van de pyridine-N-groep in m -Fe/N/C-950. Bovenstaande resultaten laten zien dat de Fe-N-groep kan worden gevormd in als voorbereide Fe/N/C-type katalysatoren, maar actieve pyridine- en grafiet-N-groepen zijn van groot belang om de ORR-activiteit van Fe/N/C- te bepalen. type elektrokatalysatoren.

N 1s XPS-spectra van m -Fe/N/C-800 (a ), m -Fe/N/C-900 (b ), m -Fe/N/C-950 (c ), en hun relatieve inhoud in totaal N inhoud (d )

De morfologische analyse van m -Fe/N/C-900-katalysator werd afgebeeld in Fig. 6 en Aanvullend bestand 1:Figuur S3. Een groot aantal sponsachtige vormen kan bestaan ​​voor m -Fe/N/C-900 (Fig. 6a, b) gesynthetiseerd door pyrolyse bij hoge temperatuur van metaal-organische (Fe-TPTZ) complexen die beperkt zijn gefixeerd in nanokanalen van moleculaire zeven. TEM-afbeeldingen met hoge resolutie (Fig. 6c, d) geven significant aan dat er binnen m talrijke zeer geordende mesoporeuze structuren zijn -Fe/N/C-900, dat grotendeels afkomstig kan zijn van de verwijdering van moleculaire zeef als een nanokanaal-begrensde reactor. Bovendien zijn de ongeordende koolstofstructuren aan de rand en verschillende mesoporiën duidelijk te zien in figuur 6e, wat te wijten is aan de dotering van stikstofatomen. Om deze reden, poreuze karakteristieke en Brunauer-Emmett-Teller (BET) oppervlakte van m -Fe/N/C-900 werden ook bestudeerd door stikstofadsorptie/desorptie-isothermen (de inzet van figuur 6f). Er kan een isothermcurve van het Langmuir IV-type worden waargenomen, wat wijst op de zeer mesoporeuze eigenschap van de m -Fe/N/C-900 elektrokatalysator. Het kan verder worden bevestigd door de BJH poriegrootteverdeling van m -Fe/N/C-900 (Fig. 6f), die een hoog INZET-oppervlak heeft getoond (A BET ~ 1035 m 2 g -1 ) en totaal porievolume (V totaal ~ 1,22 cm 3 g -1 ) met een gemiddelde poriediameter (D p ) van ongeveer 4,7 nm. De getoonde twee maximale poriegroottes (4,3 en 9,3 nm) worden toegeschreven aan de maximale positie van mesoporiën in m -Fe/N/C-900. Deze mesoporiën kunnen handigere nanokanalen bieden voor snel transport van de elektrolyt, reactanten en producten; de transportweerstand van het zuurstofmolecuul naar de met stikstof gedoteerde actieve plaatsen verminderen; en boost de ORR katalytische prestaties van m -Fe/N/C-900. Bovendien is het gebruik van nanokanalen van moleculaire zeef als een nano-ingesloten reactor gunstig voor het produceren van sponsachtige driedimensionale mesoporeuze koolstoffen met een ultrahoog oppervlak, waardoor de blootstelling van katalytisch ORR-actieve plaatsen wordt verbeterd. De elementaire afbeeldingsafbeeldingen (Fig. 7) tonen de homogene verdeling van vier soorten hoofdelementen (Fe, N, C en O) op het oppervlak van m -Fe/N/C-900, wat tot op zekere hoogte het gevolg kan zijn van de synergetische rol van het nanokanaal-beperkte effect van moleculaire zeven en het stabiele moleculaire coördinatie-effect van Fe-TPTZ-complexen.

SEM (een ) en TEM-afbeeldingen met hoge resolutie (b –e ) van m -Fe/N/C-900; v de poriegrootteverdeling van m -Fe/N/C-900; de inzet is stikstofadsorptie-desorptie-isothermen

TEM-afbeelding (a ) van m -Fe/N/C-900 en bijbehorende elementaire afbeeldingsafbeeldingen van C, O, Fe en N (b –f )

De elektrokatalytische activiteiten naar de ORR van alle bereide katalysatoren werden getest door het cyclische voltammogram (CV) of lineaire scanning voltammogram (LSV). Afbeelding 8a toont cv's van m -Fe/N/C-900 in N2 versus O2 -verzadigd 0,1 mol l -1 KOH elektrolyt. Een scherpe ORR-piek trad op bij 0,86 V vs. RHE in O2 -verzadigde elektrolyt; er werd echter een kenmerkende CV-curve waargenomen in N2 -verzadigde elektrolyt, wat de ORR-katalytische activiteit van m . suggereert -Fe/N/C-900 met een beginpotentiaal (E aanvang ) van 1,0 V. Bovendien werd het effect van de warmtebehandelingstemperatuur (800-950 ° C) op de ORR-prestaties onderzocht in figuur 8b. Hogere of lagere warmtebehandelingstemperatuur maakt tegen de activiteitsverbetering gebaseerd op die de grootste piekstroomdichtheid (j p ), en het meest positieve piekpotentieel (E p ) verkrijgbaar bij m -Fe/N/C-900. De ORR-activiteit van m -Fe/N/C-900 kan vergelijkbaar zijn met andere gerapporteerde gedoteerde koolstofkatalysatoren (zie aanvullend bestand 1:tabel S2). Om inzicht te krijgen in het ORR-kinetische gedrag van elektrokatalysatoren van het Fe / N / C-type, hebben we de ORR-polarisatiecurven verder getest met de LSV-methode in combinatie met de RRDE, zoals aangegeven in Fig. 8c. Op basis van de RRDE-gegevens kan het overgedragen elektronengetal (n ) en H2 O2 opbrengst (H2 O2 %) tijdens de ORR werden geschat met behulp van de volgende vergelijkingen. respectievelijk (1) en (2). De berekende vergelijkingen zijn als volgt [34]:

$$ \%H{O}_2^{-}=100\times \frac{2{I}_r/N}{I_d+\left({I}_r/N\right)} $$ (1) $$ n=4\times \frac{I_d}{I_d+{I}_r/N} $$ (2)

een CV-curven van m -Fe/N/C-900 in N2 vs O2 -verzadigde 0,1 M KOH-oplossing. b CV-curven van m -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950 in O2 -verzadigd 0,1 mol l -1 KOH-oplossing. c Schijf- en ringstromen verkregen met LSV's op RRDE voor m -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, en m -Fe/N/C-950 in O2 -verzadigd 0,1 mol l -1 KOH-oplossing. d De corresponderende elektronenoverdrachtsnummers en H2 O2 yields of m -Fe/N/C-800, m -Fe/N/C-900, and m -Fe/N/C-950 derived from c

waar ik d is the Faradaic disk-current, I r is the Faradaic ring-current, and N is the collection efficiency of ring electrode (0.38). The Pt-ring potential was set at 1.5 V (vs. RHE) as reported elsewhere. Figure 8d displays the relatively calculated results. De H2 O2 yield (<6.5%) and n value (3.88–3.94) are obtained on m -Fe/N/C-900, dominating a four-electron ORR pathway. It suggests that this catalyst is a valuable substitute for the traditional 20 wt.% Pt/C catalyst (purchased from Aladdin Industrial Co. Ltd.), although the H2 O2 yield on m -Fe/N/C-900 is slightly higher. In addition, the half-wave potential (E 1/2 ) for ORR of m -Fe/N/C-900 is about 0.841 V approaching that of 20 wt.% Pt/C (~ 0.848 V), and the limited current density (j d ) of m -Fe/N/C-900 is almost identical to that of 20 wt.% Pt/C. Compared to the m -Fe/N/C-900 catalyst, higher H2 O2 yield and smaller n value can be gained on both m -Fe/N/C-800 and m -Fe/N/C-950, but the electron transfer number on both m -Fe/N/C-800 and m -Fe/N/C-950 still belongs to the range (3.4–4.0), showing that the ORR on two Fe/N/C-type happens with a mixed process of two and four-electron transfer pathways. The above results further approve that the m -Fe/N/C-900 synthesized by nanochannel-confined control of the pyrolysis process to improve the nitrogen-doping efficiency and increase the nitrogen-doped active-site density has exhibited the optimal ORR catalytic performance in alkaline electrolyte.

We also discuss the effect of different transition metals on the ORR catalytic activity of Fe/N/C-type electrocatalysts. The obtained LSV curves on the RRDE are indicated in Fig. 9a, and the corresponding n value and H2 O2 yield are demonstrated in Fig. 9b. De E 1/2 values are about 0.785 V for m -Cu/N/C-900 and 0.780 V for m -Ni/N/C-900, respectively, which are lower compared to the m -Fe/N/C-900. The j d follows the order of m -Fe/N/C-900> m -Cu/N/C-900> m -Ni/N/C-900, further suggesting the best ORR catalytic activity of m -Fe/N/C-900 in 0.1 mol l -1 KOH solution. Compared to the m -Fe/N/C-900 catalyst, higher H2 O2 yield and smaller n value are obtained on both m -Cu/N/C-900 and m -Ni/N/C-900. What is noteworthy is that the H2 O2 yield on m -Cu/N/C-900 and m -Ni/N/C-900 is over twice as large as that on m -Fe/N/C-900. However, the n value on both m -Cu/N/C-900 and m -Ni/N/C-900 is 3.5–4.0, indicating that the ORR process on two Fe/N/C-type electrocatalysts follows a two- and four-electron mixed transfer pathway but is dominant in a four-electron reaction pathway. Besides, the electrochemical long-term stability for ORR catalysis of m -Fe/N/C-900 is of great significance in the practical applications. An accelerated aging test (AAT) was carried out by successive CV scanning tests from 0.2 to 1.2 V vs RHE for 5000 cycles at 200 mV s -1 in oxygen-saturated 0.1 M KOH electrolyte. The ORR electrocatalytic behavior of m -Fe/N/C-900 has been further evaluated under the same conditions as above experiments. CV curves for ORR activity of m -Fe/N/C-900 before and after doing the AAT are almost unchanged on the E p (~ 0.86 V), but the j p is slightly reduced (Fig. 9c). LSV curves of m -Fe/N/C-900 (Fig. 9d) also reveal an only ~ 12 mV negative shift in the E 1/2 and a negligible decrease in the j d . However, the commercial Pt/C (20 wt.% Pt) catalyst after doing the AAT has exhibited about 55 mV of the negative shift in E 1/2 and an obvious reduction in the j d (Fig. 9d). Results show that the m -Fe/N/C-900 has more excellent electrocatalytic stability compared to the Pt/C catalyst, further suggesting that it is a valuable and promising substitute for the conventional Pt-based materials in alkaline electrolytes.

een Disk and ring currents obtained with LSVs on RRDE for m -Ni/N/C-900, m -Cu/N/C-900, and m -Fe/N/C-900 in O2 -saturated 0.1 mol l -1 KOH solution. b The corresponding electron transfer number and H2 O2 yield of m -Ni/N/C-900, m -Cu/N/C-900, and m -Fe/N/C-900 derived from a . c CV curves and d LSV curves of m -Fe/N/C-900 before and after continuous scanning for 5000 cycles in O2 -saturated 0.1 M KOH solution

In order to discuss the catalytically active sites of Fe/N/C-type catalysts and study the role of the molecular coordination and nanochannel-confined effects, we have further examined the N/C-900, Fe/N/C-900, and 20 wt.% Pt/C catalysts for comparison of the ORR catalytic behavior. The tested results of the ORR activity are indicated in Fig. 10a. The onset potentials of ORR are about 0.683 V for N/C-900 and 0.740 V for Fe/N/C-900, being largely lower than those of m -Fe/N/C-900 (0.841 V) and 20 wt.% Pt/C catalysts (0.848 V). Figure 10b shows the corresponding H2 O2 yields and transferred electron numbers in the ORR process. Given other Fe/N/C-type catalysts and the Pt/C catalyst, the H2 O2 yield on N/C-900 is the highest and the transferred electron number on N/C-900 is the smallest, suggesting the worst ORR catalytic activity of N/C-900. In addition, the H2 O2 yield on Fe/N/C-900 is mainly higher than that on m -Fe/N/C-900 and the transferred electron number on Fe/N/C-900 is far lower than that on m -Fe/N/C-900 in the same range (0.2–0.8 V vs RHE), indicating a relatively inferior ORR activity. Thus, it can be concluded that the ORR performance complies with the sequence of Pt/C> m -Fe/N/C-900> Fe/N/C-900> N/C-900. These results show that the formation of Fe-TPTZ compounds with the strong molecular-level coordination effect is beneficial to produce the Fe/N/C-type catalysts with high ORR activity, and the utilization of the nanochannel-confined effect can reduce the decomposition speed of Fe-TPTZ compounds and protect the nitrogen-rich active sites (e.g., Fe–N, graphitic-N, or pyridinic-N) from the thermal loss during the pyrolysis process (see the TG analysis, Fig. 2a), which can enhance the ORR performance of Fe/N/C-type catalysts in alkaline medium.

een Disk and ring currents obtained with LSVs on RRDE for N/C-900, Fe/N/C-900, m -Fe/N/C-900, and Pt/C (20 wt.%) in O2 -saturated 0.1 mol l -1 KOH solution. b The corresponding electron transfer number and H2 O2 yield of N/C-900, Fe/N/C-900 m -Fe/N/C-900, and Pt/C (20 wt.%) derived from a

To deepen the understanding of active sites and their ORR catalysis mechanism, we also characterized the prepared Fe/N/C-type catalysts by the spectra of X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectric spectroscopy (see Additional file 1:Figures S4 and S5). The XRD data display that the density of carbon (002) peak follows the sequence of N/C-900> Fe/N/C-900> m -Fe/N/C-900, and the positions for carbon (002) peak in three catalysts are negatively shifted because of the production of more sp 2 C–N groups into the graphitic layers and the decrease of graphitization. It also implies that the different N content may be doped into the carbon skeleton in the catalyst, and both N-doping efficiency and N content can follow the similar order with their ORR activity. More significantly, we further compare the structural and porous differences between Fe/N/C-900 and m -Fe/N/C-900 to better study the nanochannel-confined effect of molecular sieves. The tested XPS survey spectrum of Fe/N/C-900 was indicated in Additional file 1:Figure S5, and its surface contents of Fe, C, and N and the N/C ratio were summarized in Table 1. The Fe content and N content are ~ 0.41 at.% and ~ 4.48 at.%, but the N/C ratio is only 5.1 in the Fe/N/C-900, being lower compared to the m -Fe/N/C-900. It suggests the N-doping efficiency was improved by introducing the nanochannel-confined protection strategy into the carbonization process, which can prove our key views of this work. Besides, the fitted N1s XPS spectrum of Fe/N/C-900 is indicated in Fig. 10c. It displays the existence of four peaks with B.E. of 398.6, 399.6, 401.2, and 406.4 eV, which still correspond to the pyridinic-N, Fe–N, graphitic-N, and oxidized-N (–NO2 ) with a relative percentage of 14.0, 10.2, 35.4, and 40.4 at.%, respectively. Compared with the m -Fe/N/C-900, the total ratio of active N-rich groups such as pyridinic-N, Fe–N, and graphitic-N obviously decreases about 19.8 at.%; however, the relative ratio of Fe–N groups is reduced about 15.2 at.%. Thus, associating with fore-mentioned XPS data and the catalytic activity data, we conclude that the electrocatalytically active sites may be pyridinic- and graphitic-N groups for holding the ORR performance, but the enhancement of the ORR activity may be related to the relative ratio of Fe–N groups for our system. The role of the nanochannel-confined effect cannot only reduce the loss of total N content, but also can largely increase the N-doping efficiency and improve the effective ORR active-site density in the catalyst. Besides, we further analyzed porous characteristic and BET specific surface area of Fe/N/C-900 without the usage of the KIT-MS nanoreactor. The nitrogen adsorption/desorption isotherms with a similar Langmuir IV-type isotherm curve are seen in the inset of Fig. 10d. It suggests that highly mesoporous characteristic is still existed in Fe/N/C-900, supported by the analysis of BJH pore-size distribution (Fig. 10d). De A BET (~ 875 m 2  g -1 ) and V totaal (~ 0.76 cm 3  g -1 ) with an average D P of only ~ 3.5 nm are obtained on the Fe/N/C-900, which are obviously lower than those on the m -Fe/N/C-900. The large difference on pore structures between Fe/N/C-900 and m -Fe/N/C-900 can be derived from the stable coordination effect and the nanochannel-confined role of a KIT-MS reactor in the preparation of m -Fe/N/C-900. It will also influence their inherent ORR performance because higher A BET en V totaal can help to supply abundant catalytic sites and increase the exposed surface active-site density, being beneficial to the adsorption and electro-reduction process of O2 molecule [35]. Notably, we should pay much attention to the effect of the conductivity characteristic. Generally, a higher conductivity characteristic of m -Fe/N/C-900 corresponds to a relatively faster ORR electron transportation process. Therefore, facile design and control of active nitrogen-rich groups (pyridinic-N, graphitic-N, and Fe–N, etc.) is of great importance to fabricate mesopore-structured Fe/N/C electrocatalysts for the ORR, but further improving the conductance, N-doped active-site density, and mesoporous characteristic is another key issue of concern to obtain the high performance.

Conclusies

In conclusion, here, we propose a new and effective strategy to design a Fe/N/C-type electrocatalyst (m -Fe/N/C-900) with ultrahigh BET surface area (1035 m 2  g -1 ) and total pore volume (1.22 cm 3  g -1 ) via nanochannel-confined high-temperature carbonization of Fe 2+ ions coordinated with 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine compound as a single-source Fe, N, and C precursor. The elemental mapping images of m -Fe/N/C-900 further prove the homogeneous distribution of Fe, N, C, and O elements on its surface. On the one hand, the strong molecular-coordination role in Fe-TPTZ complex can enhance the thermal stability and stabilize higher contents of Fe–N active sites during pyrolysis process. On the other hand, the utilization of abundant nanochannels of molecular sieve as a novel nanoconfined reactor does not only benefit to produce spongy-like mesoporous carbons with excellent pore structure and conductivity characteristic, but also facilitate to decrease the loss of N atoms and improve the N-doping efficiency and N-doped active-site density, resulting in the ORR activity enhancement. Electrochemical tests indicate the m -Fe/N/C-900 displays unexpected catalytic performance with an ORR half-wave potential of ~ 0.841 V versus RHE and high limited current density approaching the commercial Pt/C catalyst. Additionally, low H2 O2 yield (<6.5%) and high electron transfer number (3.88–3.94) on m -Fe/N/C-900, indicating that it is a valuable substitute for the traditional Pt/C catalyst. The comparison analysis of XPS data and electrocatalytic activity data can point out that active pyridinic and graphitic-N groups may be the electrocatalytically ORR-active sites, but the enhancement of the ORR activity may be related to the relative ratio of Fe–N groups for our system. This study provides a new idea or method for the synthesis of high-performance Fe/N/C electrocatalysts via integrating molecular-level coordination and nanochannel-confined effects and does also help the researchers better deepen the understanding of nitrogen-doped active sites and their ORR catalysis mechanism for Fe/N/C-type electrocatalysts to a certain extent. However, what cannot be ignored is that effective improvement and optimization of nitrogen-doping active site density, conductivity, and porous characteristics is essential to boost the ORR electrocatalytic activity.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

The authors declare that the materials and datasets used or analyzed during the current study are available from the corresponding author on reasonable request.

Afkortingen

AAT:

Accelerated aging test

AE:

Auxiliary electrode

BET:

Brunauer-Emmett-Teller

CV:

Cyclische voltammetrie

E 1/2 :

Half-wave potential

E p :

Peak potential

Fe/N/C catalyst:

Iron/nitrogen/carbon catalyst

Fe-TPTZ:

Fe coordinated with 2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine complexes

GC:

Glazige koolstof

HR-TEM:

Transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie

KIT-MS:

KIT-6 molecular sieves

LSV:

Lineaire sweep-voltammetrie

ORR:

Oxygen reduction reaction

Pt/C:

Platinum/carbon catalyst

RDE:

Rotation disk electrode

RE:

Reference electrode

RHE:

Omkeerbare waterstofelektrode

RRDE:

Rotation ring-disk electrode

SCE:

Verzadigde calomelelektrode

SEM:

Scanning elektronenmicroscopie

TGA:

Thermogravimetrische analyse

TPTZ:

2,4,6-Tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine

WE:

Working electrode

XPS:

Röntgenfoto-elektronenspectroscopie

XRD:

Röntgendiffractie


Nanomaterialen

  • Metaal
  • Hars
  • vezel
  • Samengesteld materiaal
  • Nanomaterialen
  • Polymeer materialen
  • Biologie
  • kleurstof
  • Kruiden
    1. Vooruitgang en uitdagingen van fluorescerende nanomaterialen voor synthese en biomedische toepassingen
    2. One-Pot Green-synthese van met Ag versierde SnO2-microsfeer:een efficiënte en herbruikbare katalysator voor reductie van 4-nitrofenol
    3. Nabehandelingsmethode voor de synthese van monodisperse binaire FePt-Fe3O4-nanodeeltjes
    4. Zwaar grafiet-stikstof zelfgedoteerde koolstof met hoge porositeit voor de elektrokatalyse van zuurstofreductiereactie
    5. Synthese en CO-oxidatieactiviteit van 1D gemengd binair oxide CeO2-LaO x ondersteunde gouden katalysatoren
    6. Mesoporeuze nikkeloxide (NiO) nanopetals voor ultragevoelige glucosewaarneming
    7. Platycodon-saponinen van Platycodi Radix (Platycodon grandiflorum) voor de groene synthese van gouden en zilveren nanodeeltjes
    8. Eenvoudige synthese van oppervlaktegefunctionaliseerde magnetische nanocomposieten voor effectieve selectieve adsorptie van kationische kleurstoffen
    9. Zuurstofreductiereactie op PtCo-nanokatalysator:(Bi)sulfaatanionvergiftiging
    10. Tweedimensionale VO2 mesoporeuze microarrays voor krachtige supercondensator
    11. Humaat-geassisteerde synthese van MoS2/C-nanocomposieten via co-precipitatie/calcineringsroute voor hoogwaardige lithium-ionbatterijen