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氮掺杂碳微球的制备及ORR电催化与电容性能

高书燕  陈艳丽  魏献军  
【摘要】:基于生物质的碳材料合成和应用研究早在人类文明之初就开始了,例如,3000年前人们用燃料的不完全燃烧产物用于墨水、颜料和纹身刺花等[1]。随着碳纳米管和富勒烯的发现[2],与碳相关的研究再一次成为热门研究领域,其中一个亮点是在能量转化和存储领域呈现优异特性的氮掺杂碳材料[3]。自然界为人类提供了丰富的资源合成新材料,大米作为世界上大多数人的主食,其本身含有丰富的碳和氮,有可能转化为氮掺杂的碳材料。因此,我们利用大米为原料通过水热和高温热解制得氮掺杂多孔碳微球,其高的比表面积(2105.9 m2 g-1)、大的孔体积(1.14 cm3 g-1)和丰富的杂原子使其对氧还原反应(ORR)呈现4电子催化性能,表现了比商业Pt/C优异的稳定性和催化选择性。另外其结构优势使其在碱性条件下表现出高的能量存储性能:在0.2和15 A g-1时比电容分别是398和219 Fg-1,4000次循环后其性能保持率依然在95%以上。这为我们提供了一个简单、绿色、高效的方法构建在新能源领域有潜在应用的多功能材料。

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