Construction of Fe–In Alloy to Enable High Activity and Durability of Fe–N–C Catalysts

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作者
Zhuangzhi Sun,Yi Zhong,Heyu Sui,Jia Liu,Pengfei Xie,Shujiang Ding,Yaqiong Su
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202410774
摘要

Abstract The strategic regulation of the electronic properties and coordination environment of single‐atom sites through the integration of metal nanoclusters emerges as a promising route to enhance the oxygen reduction reaction (ORR) performance of Fe–N–C materials. Here, a catalyst (FeIn–NC) is successfully developed in which Fe–N–C materials encapsulate Fe–In alloy nanoclusters, and it shows excellent ORR activity and durability under alkaline conditions, with a high half‐wave potential of 0.924 V (vs RHE) and a zinc–air battery power density of 202.1 mW cm −2 , superior to commercial Pt/C catalysts. Theoretical calculations unravel that the synergistic interaction between the Fe–In alloy and the FeN 4 single‐atom site modifies the electronic structure and charge distribution at the FeN 4 site, thereby enhancing the electrocatalytic activity and durability of the ORR. Potential‐dependent microkinetic modeling (MKM) further discloses the ORR mechanisms on the identified FeN 4 sites. This work provides a viable strategy for the ORR improvement of Fe–N–C materials via p‐block metal‐based alloy nanoclusters.
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