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p-Block-metal bismuth-based electrocatalysts featuring tunable selectivity for high-performance oxygen reduction reaction

催化作用 选择性 铂金 金属 化学 无机化学 过渡金属 材料科学 纳米技术 化学工程 冶金 有机化学 工程类
作者
Zewen Zhuang,Aijian Huang,Xin Tan,Kaian Sun,Chen Chen,Qing Peng,Zhongbin Zhuang,Tong Han,Hai Xiao,Yuan Zeng,Wei Yan,Jiujun Zhang,Yadong Li
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:7 (5): 1003-1015 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.04.005
摘要

Summary

For oxygen reduction reaction (ORR), replacing the conventional electrocatalysts based on platinum-group metals (PGMs) with alternatives based on non-noble metals is vital for the large-scale applications of green energy conversion and chemical synthesis. Here, we report the discovery of ORR catalysts based on the p-block-metal bismuth (Bi); the selectivity in ORR pathways could be controlled by tailoring the size of Bi. Specifically, the metallic Bi nanoparticles gave a high selectivity (>96%) for 2e ORR, an ultra-high kinetic current density (3.8 mA·cm−2 at 0.65 V), and an excellent stability; in contrast, the single-atomic-site Bi catalysts gave a good selectivity for 4e ORR and a corresponding half-wave potential of 0.875 V, approaching that of the best-known Fe/NC catalysts. This work presents new high-performance ORR catalysts based on the p-block-metal Bi, in contrast to the intensively studied d-block transition metals, and thus would provide new perspectives for developing PGM-free ORR catalysts.
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