一种家蚕茧衍生具有蜂窝状结构的钴-锰共掺杂碳材料双功能电解水催化剂
Honeycomb-like Structured and Co-Mn Incorporated Carbon Materials Derived from Bombyx mori Cocoons Act as a Bifunctional Catalyst for Water Splitting
作者单位E-mail
张明 浙江理工大学材料与纺织学院, 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018 zhangming@zstu.edu.cn 
李涛 浙江理工大学材料与纺织学院, 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018  
王娟 浙江理工大学材料与纺织学院, 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018  
潘逸 浙江理工大学材料与纺织学院, 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018  
马仕杰 浙江理工大学材料与纺织学院, 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018  
朱罕 江南大学化学与材料工程学院, 合成与生物胶体教育部重点实验室, 无锡 214122  
杜明亮 江南大学化学与材料工程学院, 合成与生物胶体教育部重点实验室, 无锡 214122  
摘要: 通过一步碳化石墨化过程,由家蚕茧制得了一种具有蜂窝状结构的氮钴锰共掺杂碳材料。该材料具有蜂窝状结构和高比表面积,同时由于暴露的钴-锰活性位点以及富含的吡啶氮和石墨氮,3%钴-锰/蚕茧的碳材料(3% Co-Mn/SCC)显示了高析氢反应活性,其初始电位和10 mA·cm-2过电位分别只有121和155 mV,Tafel斜率为130 mV·dec-1,并且在酸性条件下具有很好的稳定性。与此同时,2% Co-Mn/SCC在碱性条件下表现出优异的析氧反应催化性能,具有较低的初始电位,Tafel斜率为143 mV·dec-1
关键词: 碳材料  家蚕茧  双功能催化  电解水
基金项目: 国家自然科学基金(No.51573166)和浙江省自然科学基金(No.LQ16E020005)资助项目。
Abstract: Porous and graphene-type honeycomb-like structured N-doped and Co-Mn incorporated carbon materials derived from Bombyx mori silk cocoons were synthesized via one-step thermal carbonization and graphitization process. Due to the high specific surface area of honeycomb-like structure, the exposed Co-Mn active sites and the pyridine-N and graphitic-N, the prepared 3% Co-Mn/silk cocoon carbon materials (3% Co-Mn/SCC) exhibits good hydrogen evolution reaction (HER) performance with a low onset potential of 121 mV, a low overpotential of 155 mV at 10 mA·cm-2 and a Tafel slope of 130 mV·dec-1 as well as a long-term stability in acidic electrolyte. Meanwhile, the 2% Co-Mn/SCC also shows great oxygen evolution reaction (OER) performance in 1 mol·L-1 KOH with the lowest onset potential 1.5 mV and a Tafel slope of 143 mV·dec-1. This result demonstrates that MCo-Mn/SCC (M is the mass fraction of Co and Mn) possess both HER and OER catalytic activity and can act as a bifunctional catalyst for water electrolysis.
Keywords: carbon materials  Bombyx mori silk cocoons  bifunctional catalyst  water splitting
投稿时间:2017-11-13 修订日期:2018-03-17
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张明,李涛,王娟,潘逸,马仕杰,朱罕,杜明亮.一种家蚕茧衍生具有蜂窝状结构的钴-锰共掺杂碳材料双功能电解水催化剂[J].无机化学学报,2018,34(5):942-950.
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