活性炭でのB-N共ドープカーボン量子ドットの酸素還元反応のための電気触媒性能に対する陰イオン交換イオノマーの影響

アルカリ溶液中の酸素還元反応（ORR）のために、B-N共ドープ炭素量子ドット（CQD）およびさまざまなアニオン交換イオノマー（AEI）から作られた複合電極電極が研究されています。熱水合成によって調製されたCQDのドーパントの量と位置は、エッジ部位のボロン酸を証明する11B NMR分光法を含むさまざまな分光法によって分析されます。AEIは、より多くの親水性ポリスルホン、疎水性ポリ（アルキレンビフェニル）、ポリ（2,6-ジメチル-1,4--フェニレン酸化物）を含むさまざまな骨格で合成されます。官能基は、長い（LC）または短い（SC）側鎖で接ぎ木されたトリメチルアンモニウム部分です。CQD/AEIインクは活性炭紙にドロップキャストされ、サンプルは回転するディスク電極で固定され、酸素飽和0.1 m KOHの3電極構成で研究されます。発症の可能性は、文献で最高のものです（EONSET≈0.94V vs rhe）。長い側鎖を持つAEIを含む電極では、最も高い電気触媒活性が観察されます。PPO LCを含むサンプルは、ベンチマークPT/C布のそれに近づく優れたORR電流を達成します。電気触媒性能は、親水性、酸素透過性、触媒分散性、イオン導電率など、多くの関連するAEIパラメーターを考慮して議論されています。

Composite electrocatalytic electrodes made from B-N co-doped carbon quantum dots (CQD) and various anion exchange ionomers (AEI) are studied for the oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline solutions. The quantity and positions of dopants in CQD, prepared by hydrothermal synthesis, are analyzed by various spectroscopies, including 11B NMR spectroscopy that evidenced boronic acid at edge sites. The AEI are synthesized with various backbones, including more hydrophilic polysulfone, hydrophobic poly(alkylene biphenyl), and poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) with intermediate hydrophilicity; the functional groups are trimethylammonium moieties grafted on long (LC) or short (SC) side chains. The CQD/AEI ink is drop-casted on activated carbon paper, and the samples are fixed on a rotating disk electrode and studied in three-electrode configuration in oxygen-saturated 0.1 M KOH. The onset potentials are among the best in the literature (Eonset ≈ 0.94 V vs RHE). The highest electrocatalytic activity is observed for electrodes containing AEI with long side chains; the sample containing PPO LC attains excellent ORR currents approaching that of benchmark Pt/C cloth. The electrocatalytic performances are discussed in view of the many relevant AEI parameters, including hydrophilicity, oxygen permeability, catalyst dispersivity, and ionic conductivity.