Potent Charge‐Trapping for Boosted Electrocatalytic Oxygen Reduction

材料科学 杂原子 氧还原 电催化剂 催化作用 氧气 电子转移 金属 碳纤维 离解(化学) 化学工程 纳米技术 电极 光化学 电化学 物理化学 有机化学 化学 复合材料 冶金 工程类 复合数 戒指(化学)
作者
Zheng Li,Hao Cheng,Yao Lu,Tao Wang,Yifan Li,Wei Zhang,Guanjie He,Zhongliang Tian
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (17) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/aenm.202203963
摘要

Abstract Metal‐free carbon‐based materials are considered to be one of the most promising alternatives to precious metal Pt‐based electrocatalysts. However, the electrocatalytic activity of heteroatom‐modulated carbon rarely reaches the level of metal‐based electrocatalysts. Here, electron‐rich carbon and abundant pyridinic‐N adjacent to C vacancies decorated with carbon nanosheets (E‐NC‐V) are synthesized and used as the host for boosting efficient oxygen reduction reaction. Rich pyridinic‐N structures adjacent to C vacancies work in synergy with electron‐rich carbon, which promotes the sharp decrease of |Δ G O* |, resulting in the balanced adsorption and dissociation of oxygen intermediates, and thus activating OO. This can be attributed to the abundant vacancies and d–p orbital hybridization between Zn and N/C. The E‐NC‐V catalyst drives the oxygen reduction reaction (ORR) via a 4e − transfer‐dominated pathway with a half‐wave potential of 0.87 V versus RHE in the alkaline solution, even superior to Pt/C. The assembled Al–air battery exhibits a high peak power density of 113 mW cm −2 . This promising strategy sheds light on the design and fabrication of robust, rich‐density, and high‐performance active sites for the ORR. The work is expected to inspire future work on the role of electronic structure modulation and defect engineering for enhanced reaction kinetics.
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