A pH-universal ORR catalyst with S heteroatom doping single-atom iron sites derived from a 2D flake-like MOF for superior flexible quasi-solid-state rechargeable Zn-air battery

杂原子 催化作用 兴奋剂 碳纳米管 电池(电) 化学 碳纤维 化学工程 纳米技术 材料科学 光电子学 有机化学 复合材料 复合数 功率(物理) 工程类 物理 量子力学 戒指(化学)
作者
Chen Li,Yaowen Zhang,Min Yuan,Yang Liu,Haikuo Lan,Zhenjiang Li,Kang Liu,Lei Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:471: 144515-144515 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144515
摘要

Regulating the atomic coordination ambiance of uniformly distributed single atoms (SAs) via heteroatom doping is an up-and-coming method to facilitate the catalytic activity for oxygen reduction reactions (ORR). With the cooperative interaction of dual heteroatom doping supplied extra degrees of freedom, a greater efficiency of ORR can be realized via a reduction in intermediate energy barrier during catalytic reactions. Here, we explore a fresh approach to generate N, S co-doped Fe-SA in embedded porous carbon nanosheets/carbon nanotubes (Fe-NX@NSCST-ZL) utilizing a 2D leaf-shaped MOF as a template in this work. Taking advantage of the combined effect of carbon matrix and nanotubes as well as the abundance of Fe-NX active sites and thiophene-S, the Fe-NX@NSCST-ZL provides exceptional performance for ORRs with a half-wave potential of 0.94 V at alkaline conditions, 0.77 V at acidic conditions, and 0.74 V at neutral conditions (V vs. RHE). Furthermore, Fe-NX@NSCST-ZL-based Zn-air battery, as well as quasi solid-state flexible battery, maintain steady operation for 765 h and 30 h with a small discharge/charge interval, respectively. This work contributes perspectives on the reasonable design of economical single-atom catalysts (SACs) for applications in energy conversion that have outstanding electrocatalytic potential.
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