Molecular Fe─N4 Moieties Coupled with Atomic Co─N4 Sites Toward Improved Oxygen Reduction Performance

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作者
Pengfei Xie,Hong Zhong,Lingzhe Fang,Zhaoyuan Lyu,Wanjing Yu,Tao Li,Ji-Young Lee,Hamin Shin,Scott P. Beckman,Yuehe Lin,Shichao Ding,Il‐Doo Kim,Jincheng Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (32) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202314554
摘要

Abstract Research on high‐efficiency and cost‐efficient catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) is still a vital but challenging issue for commercializing metal–air batteries. Herein, a single‐molecule/atom hybrid catalyst is developed to boost the ORR, in which iron phthalocyanine molecules containing molecular Fe─N 4 moieties couple with atomic Co─N 4 sites on the surface of polyhedral carbon. Density functional theory calculations reveal that face‐to‐face laminated construction of Fe─N 4 and Co─N 4 in the hybrid catalyst can effectively modulate the electronic structure of active iron atoms and reduce the energy barrier of the rate‐determining step for ORR. As a result, this hybrid catalyst demonstrates excellent ORR performance, featuring a half‐wave potential of 0.904 V, a peak power density of 238.3 mW cm −2 for zinc–air battery, and outstanding electrocatalytic stability. This work offers a distinctive and robust molecular/atomic engineering approach to creating efficient electrocatalysts, advancing the fields of metal–air batteries.
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