A Fe Single Atom Seed‐Mediated Strategy Toward Fe3C/FeNC Catalysts with Outstanding Bifunctional ORR/OER Activities

双功能 析氧 电催化剂 催化作用 氧气 材料科学 化学 阴极 氧还原 纳米技术 化学工程 物理化学 电化学 电极 有机化学 工程类
作者
Jiangwei Chang,Qi Zhang,Jingkun Yu,Jing Wen,Siyang Wang,Guangchao Yin,Geoffrey I. N. Waterhouse,Siyu Lu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (22) 被引量:76
标识
DOI:10.1002/advs.202301656
摘要

The discovery of low-cost and high-performance bifunctional oxygen electrocatalysts is vital to the future commercialization of rechargeable zinc-air batteries (ZABs). Herein, a Fe single atom seed-mediated strategy is reported for the fabrication of Fe3 C species closely surrounded by FeN4 C active sites with strong electronic interactions built between them and more importantly, creating optimized coordination environment, via subtly adjusting their ratio, for favorable adsorption energies of oxygen intermediates formed during oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Concretely, the voltage difference (ΔE) between the ORR half-wave and OER potential at a current density of 10 mA cm-2 for the compositionally-optimized FeNC/Fe3 C-op electrocatalyst is only 0.668 V, endowing itself one of the best bifunctional OER/ORR benchmarks. As a demo, ZABs assembled with FeNC/Fe3 C-op as the air cathode deliver a remarkable specific capacity (818.1 mAh gZn-1 ) and a power density (1013.9 mWh gZn-1 ), along with excellent long-term durability (>450 h). This work extends the methodology to modulate the activity of FeN4 C atomic site, undoubtedly inspiring wide explorations on the precise design of bifunctional oxygen electrocatalysts.
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