Coupling Single-Ni-Atom with Ni–Co Alloy Nanoparticle for Synergistically Enhanced Oxygen Reduction Reaction

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作者
Shadab Saifi,Gargi Dey,J. Karthikeyan,Ravi Kumar,D. Bhattacharyya,Amit Sinha,A. Aijaz
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (21): 8200-8209 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c00584
摘要

Developing nonprecious metal-based oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts with superior activity and durability is crucial for commercializing proton-exchange membrane (PEM) fuel cells. Herein, we report a metal-organic framework (MOF)-derived unique N-doped hollow carbon structure (NiCo/hNC), comprising of atomically dispersed single-Ni-atom (NiN4) and small NiCo alloy nanoparticles (NPs), for highly efficient and durable ORR catalysis in both alkaline and acidic electrolytes. Density functional theory (DFT) calculations reveal the strong coupling between NiN4 and NiCo NPs, favoring the direct 4e- transfer ORR process by lengthening the adsorbed O-O bond. Moreover, NiCo/hNC as a cathode electrode in PEM fuel cells delivered a stable performance. Our findings not only furnish the fundamental understanding of the structure-activity relationship but also shed light on designing advanced ORR catalysts.
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