Layered Porous Ring-Like Carbon Network Protected Feni Metal Atomic Pairs for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis and Rechargeable Zn-Air Batteries

双功能 电催化剂 析氧 碳纤维 金属 材料科学 戒指(化学) 多孔性 氧气 化学工程 纳米技术 化学 催化作用 冶金 复合材料 复合数 电极 电化学 物理化学 工程类 有机化学
作者
Tengteng Qin,Xingzhong Guo,Zhen Pei,Jiahao Qiu,Junzhang Wang,Zhou Xu
标识
DOI:10.2139/ssrn.4661356
摘要

Bimetallic atom catalysts with ultra-high oxygen electrocatalytic activity can achieve mutual promotion and synergistic effects between adjacent metal active centers to exhibit superior multifunctional catalytic activity compared to single metal atomic catalysts. Herein, we introduce FeNi atom pairs (P-FeNi-NPC) protected by hierarchical porous annular carbon grids using a mediator-assisted "MOFs-derived strategy". Introducing the multi-block copolymer P123 enables uniform metal ions confinement and dispersion. Subsequent thermal decomposition forms a "planetary-ring-like" carbon framework to anchor the bimetallic atomic pairs in the active region. The uniform distribution of adjacent Fe-N4 and Ni-N4 active sites enhances the catalytic activity and stability. P-FeNi-NPC exhibits excellent oxygen reduction/evolution reactions (ORR/OER) activities with a ΔE value of 0.705 (E1/2 = 0.845 V, Ej=10 = 1.55 V). Theoretical calculations revealed that FeNi sites on nitrogen-doped carbon frameworks with specific curvature fine-tuned d-band center energies and balance free energy of oxygen-containing intermediates. This work provides a versatile method for advanced bifunctional catalyst synthesis, with implications for Zn-air batteries development.

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