Effect of nitrogen source on the structure and electrocatalytic performance of waste paper-derived carbon nanotubes
Abstract
碳基氧还原（ORR）催化剂因其成本低、导电性高、结构可调及稳定性好等优势而备受关注。本工作以废纸为碳源，分别以尿素和双氰胺为氮源，通过一步热解法制备了两种氮掺杂碳纳米管（N-CNTs）。利用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及电化学测试等手段分析了材料的物理化学性质与ORR催化性能。结构表征表明，尿素衍生碳纳米管（UCNTs-0.15）呈现独特的褶皱状管状结构，其吡啶氮含量高达20%，显著高于双氰胺衍生样品（DCNTs-0.15）的11%。电化学测试显示，UCNTs-0.15在0.1 mol/L KOH电解液中表现出优异的ORR活性，其起始电位与半波电位分别达到0.94与0.74 V（vs. RHE），电子转移数接近4，且稳定性显著优于DCNTs-0.15。以其组装的锌-空气电池展现出80 mW/cm2的峰值功率密度和644 mAh/g（以Zn计）的比容量，并可稳定循环60 h。机理研究表明，尿素在热解过程中低温释放NH3，促进Fe3N生成和吡啶氮/石墨氮掺杂；而双氰胺高温释放HCN，导致Fe3C形成与吡咯氮为主的结构。本研究揭示了氮源类型通过调控Fe催化剂相态与氮释放行为，进而决定碳管结构与性能的机制，为废纸高值化与可持续电催化剂设计提供了理论与实验依据。
Fields of Study & Subjects
Electrocatalysts for Energy Conversion
Supercapacitor Materials and Fabrication
Electrochemical sensors and biosensors
Publication details
- Journal / source
- Journal of Fuel Chemistry and Technology
- Volume
- 54
- Issue
- 9
- Pages
- 20250393–20250393
- Publication date
- 3 March 2026
- Language
- EN