氮掺杂三维多孔石墨烯的孔隙结构与锌-空气电池氧还原电催化性能的关系

氮掺杂石墨烯材料具有高效、低成本的优点,在燃料电池领域有着广阔的应用前景。通过水热法和高温热解法使用石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与石墨烯成功制备了含氮三维多孔石墨烯催化剂(H-N-Gr)。石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与石墨烯在水热过程中通过氢键和π-π共轭键组装成稳定的复合前驱体,可以在不改变热处理石墨烯结构的情况下增加氮原子的掺杂。制备的H-N-Gr具有较高的比表面积(470.3 m^(2)/g),表面有大量催化活性的吡啶氮(25.4%)和石墨化氮(37.3%),具有较强的氧还原反应(ORR)催化活性。此外,制备的H-N-Gr具有比商用铂碳催化剂更强的催化稳定性和甲醇耐受性,其中稳定性超出商用铂碳催化剂19.7%,组装成的锌-空气电池表现出高功率密度(202.90 mW/cm^(2))和快速倍率性能。本研究为制备高性能ORR无金属催化剂提供了一种简单实用的方法。