Stickstoff-dotierte poröse Kohlenstoffnetzwerke aus graphitischem Kohlenstoffnitrid für hochleistungsfähige Sauerstoffreduktion

Zusammenfassung

Die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) ist grundlegend für den Betrieb von Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien. Während platinbasierte Katalysatoren hohe Aktivität liefern, behindern ihre Kosten, begrenzte Haltbarkeit und Methanolempfindlichkeit die Kommerzialisierung. Hier berichten wir über eine einfache, skalierbare Synthese stickstoff-dotierter poröser Kohlenstoffnetzwerke (NC-T), die hohe spezifische Oberfläche, reichen Stickstoffgehalt und exzellente ORR-Leistung ohne Edelmetalle kombinieren. Graphitisches Kohlenstoffnitrid (g-C₃N₄) dient gleichzeitig als Strukturtemplate und Stickstoffquelle, während Dopamin (DA) das Kohlenstoffgerüst liefert. Nach hydrothermaler Beschichtung bei 120–160 °C und einstufiger Pyrolyse bei 900 °C weist das resultierende NC-120 Material eine spezifische Oberfläche von 954 m² g⁻¹ und 5,71 % Stickstoff auf. Elektrochemische Tests in 0,1 M KOH zeigen ein Einsetzpotenzial von 0,224 V vs. RHE, eine Grenzstromdichte vergleichbar mit kommerziellem Pt/C und überlegene Methanoltoleranz und Zyklenstabilität. Diese Arbeit demonstriert einen edelmetallfreien, kosteneffektiven Weg zu hochaktiven ORR-Katalysatoren, die direkt in Brennstoffzellen der nächsten Generation integriert werden können.