High‐Activity Fe3C as pH‐Universal Electrocatalyst for Boosting Oxygen Reduction Reaction and Zinc‐Air Battery

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作者
Qi‐Dong Ruan,Rui Feng,Jiu‐Ju Feng,Yijing Gao,Lu Zhang,Ai‐Jun Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (27) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202300136
摘要

Transition metal catalysts are regarded as one of promising alternatives to replace traditional Pt-based catalysts for oxygen reduction reaction (ORR). In this work, an efficient ORR catalyst is synthesized by confining Fe3 C nanoparticles into N, S co-doped porous carbon nanosheets (Fe3 C/N,S-CNS) via high-temperature pyrolysis, in which 5-sulfosalicylic acid (SSA) demonstrates as an ideal complexing agent for iron (ΙΙΙ) acetylacetonate while g-C3 N4 behaves as a nitrogen source. The influence of the pyrolysis temperature on the ORR performance is strictly examined in the controlled experiments. The obtained catalyst exhibits excellent ORR performance (E1/2 = 0.86 V; Eonset = 0.98 V) in alkaline electrolyte, coupled by exhibiting the superior catalytic activity and stability (E1/2 = 0.83 V, Eonset = 0.95 V) to Pt/C in acidic media. In parallel, its ORR mechanism is carefully illustrated by the density functional theory (DFT) calculations, especially the role of the incorporated Fe3 C played in the catalytic process. The catalyst-assembled Zn-air battery also exhibits a much higher power density (163 mW cm-2 ) and ultralong cyclic stability in the charge-discharge test for 750 h with a gap increase down to 20 mV. This study provides some constructive insights for preparation of advanced ORR catalysts in green energy conversion units correlated systems.
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