Immobilization of Iron Phthalocyanine on MOF-derived N-doped Carbon for Promoting Oxygen Reduction in Zinc-Air Battery

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作者
Anrui Dong,Youwen Liu,Yuanyuan Guo,Dandan Chen,Xian Wang,Yifei Ge,Qipeng Li,Jinjie Qian
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:650: 2056-2064 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.06.043
摘要

Functional carbon nanomaterials play a crucial role in the cathodic oxygen reduction reaction (ORR) for sustainable fuel cells and metal-air batteries. In this study, we propose an effective approach to immobilize iron phthalocyanines (FePc) by employing a porous N-doped carbon material, denoted as NC-1000, derived from a sheet-shaped coordination polymer. The resulting NC-1000 possesses substantial porosity and abundant pore defects. The nitrogen sites within NC-1000 not only facilitate FePc adsorption but also optimize the electron distribution at the Fe-N site. The FePc@NC-1000 composite material exhibits a significant number of active centers in the form of Fe-N4 moieties, showcasing satisfactory ORR activity. Specifically, it demonstrates an onset potential of 0.99 V, a positive half-wave potential of 0.86 V, a large limiting current of 5.96 mA cm-2, and a small Tafel slope of 44.41 mV dec-1. Additionally, theoretical calculations and experimental results confirm the favorable performance and durability of zinc-air batteries assembled using FePc@NC-1000, thereby highlighting their considerable potential for practical applications. Overall, this study provides a comprehensive exploration of the enhanced catalytic performance and increased stability of metal-organic framework-derived functional carbon nanomaterials as cost-effective, efficient, and stable catalysts for the ORR.
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