High‐Density Atomic Fe–N4/C in Tubular, Biomass‐Derived, Nitrogen‐Rich Porous Carbon as Air‐Electrodes for Flexible Zn–Air Batteries

材料科学 电极 催化作用 碳纤维 双功能 多孔性 可逆氢电极 析氧 电池(电) 化学工程 纳米颗粒 纳米技术 复合材料 电化学 工作电极 物理化学 有机化学 复合数 工程类 量子力学 功率(物理) 化学 物理
作者
Chuanlai Jiao,Zian Xu,Jingze Shao,Yu Xia,Jochi Tseng,Guangyuan Ren,Nianji Zhang,Pengfei Liu,Chongxuan Liu,Guangshe Li,Shi Chen,Shaoqing Chen,Hsing‐Lin Wang,Shaoqing Chen,Hsing‐Lin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (20) 被引量:139
标识
DOI:10.1002/adfm.202213897
摘要

Abstract Developing low‐cost single‐atom catalysts (SACs) with high‐density active sites for oxygen reduction/evolution reactions (ORR/OER) are desirable to promote the performance and application of metal–air batteries. Herein, the Fe nanoparticles are precisely regulated to Fe single atoms supported on the waste biomass corn silk (CS) based porous carbon for ORR and OER. The distinct hierarchical porous structure and hollow tube morphology are critical for boosting ORR/OER performance through exposing more accessible active sites, providing facile electron conductivity, and facilitating the mass transfer of reactant. Moreover, the enhanced intrinsic activity is mainly ascribed to the high Fe single‐atom (4.3 wt.%) loading content in the as‐synthesized catalyst.Moreover, the ultra‐high N doping (10 wt.%) can compensate the insufficient OER performance of conventional FeNC catalysts. When as‐prepared catalysts are assembled as air‐electrodes in flexible Zn–air batteries, they perform a high peak power density of 101 mW cm −2 , a stable discharge–charge voltage gap of 0.73 V for >44 h, which shows a great potential for Zinc–air battery. This work provides an avenue to transform the renewable low‐cost biomass materials into bifunctional electrocatalysts with high‐density single‐atom active sites and hierarchical porous structure.
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