Soft template-directed interlayer confinement synthesis of a Fe-Co dual single-atom catalyst for Zn-air batteries

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作者
Yunyan Wu,Caichao Ye,Lei Yu,Yifan Liu,Jing‐Fang Huang,Jiabao Bi,Liang Xue,Jing‐Wen Sun,Juan Yang,Wenqing Zhang,Xin Wang,Pan Xiong,Junwu Zhu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:45: 805-813 被引量:145
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.12.029
摘要

Dual single-atom catalysts (DSACs) with maximized atomic utilization efficiency largely depend on stabilization of dual-metallic single atoms on ideal supports, such as those two-dimensional (2D) atomic layers with open double-sided surfaces. However, the modulation of metal-2D support interactions is critical for enhancing the catalytic performance of DSACs, which has rarely been achieved by routine 2D atomic nanosheets. Here we report a soft template-directed interlayer confinement route for the synthesis of a Fe-Co DSAC. Fe and Co single atoms are stabilized separately on 2D carbon nanosheets via coordination with nitrogen (N) and sulfur (S) heteroatoms to form a FeN4S1/CoN4S1 configuration. The synergistic effect of Fe-Co dual metal centers can optimize the adsorption/desorption features and decrease the reaction barriers for enhanced oxygen reduction reaction (ORR) activities. The Fe-Co DSAC exhibits outstanding electrocatalytic activities of ORR with a half-wave potential of 0.86 V and Zn-air batteries with a maximum power density of 152.8 mW cm−2, outperforming the monometallic Fe and Co SACs. This work paves a new avenue for synthesis of effective DSACs for high-performance electrocatalysis.
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