Atomically dispersed Fe sites on hierarchically porous carbon nanoplates for oxygen reduction reaction

过电位 催化作用 介孔材料 材料科学 沸石咪唑盐骨架 化学工程 析氧 纳米技术 电化学 碳纤维 金属有机骨架 咪唑酯 热解 电催化剂 可逆氢电极 电极 化学 无机化学 有机化学 工作电极 物理化学 吸附 复合材料 复合数 工程类
作者
Ruixue Zheng,Qinglei Meng,Hao Zhang,Teng Li,Di Yang,Li Zhang,Xiaolong Jia,Changpeng Liu,Jianbing Zhu,Xiaozheng Duan,Meiling Xiao,Wei Xing
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:90: 7-15 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.10.045
摘要

Developing cost-effective, robust and stable non-precious metal catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) is of paramount importance for electrochemical energy conversion devices such as fuel cells and metal-air batteries. Although Fe-N-C single atom catalysts (SACs) have been hailed as the most promising candidate due to the optimal binding strength of ORR intermediates on the Fe-N4 sites, they suffer from serious mass transport limitations as microporous templates/substrates, i.e., zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), are usually employed to host the active sites. Motivated by this challenge, we herein develop a hydrogen-bonded organic framework (HOF)-assisted pyrolysis strategy to construct hierarchical micro/mesoporous carbon nanoplates for the deposition of atomically dispersed Fe-N4 sites. Such a design is accomplished by employing HOF nanoplates assembled from 2-aminoterephthalic acid (NH2-BDC) and p-phenylenediamine (PDA) as both soft templates and C, N precursors. Benefitting from the structural merits inherited from HOF templates, the optimized catalyst (denoted as Fe-N-C SAC-950) displays outstanding ORR activity with a high half-wave potential of 0.895 V (vs. reversible hydrogen electrode (RHE)) and a small overpotential of 356 mV at 10 mA cm−2 for the oxygen evolution reaction (OER). More excitingly, its application potential is further verified by delivering superb rechargeability and cycling stability with a nearly unfading charge–discharge gap of 0.72 V after 160 h. Molecular dynamics (MD) simulations reveal that micro/mesoporous structure is conducive to the rapid mass transfer of O2, thus enhancing the ORR performance. In situ Raman results further indicate that the conversion of O2 to *O2− the rate-determining step (RDS) for Fe-N-C SAC-950. This work will provide a versatile strategy to construct single atom catalysts with desirable catalytic properties.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
演员完成签到,获得积分10
1秒前
英俊的铭应助闫晓涵采纳,获得10
2秒前
Arden完成签到,获得积分20
2秒前
Hesper完成签到 ,获得积分10
4秒前
如意听安发布了新的文献求助10
4秒前
好大一只小坏蛋完成签到,获得积分10
4秒前
脑洞疼应助HuWanting采纳,获得10
5秒前
lingkai发布了新的文献求助10
6秒前
完美世界应助dlzdj555采纳,获得10
7秒前
在水一方应助如意听安采纳,获得10
9秒前
坚定灭绝完成签到,获得积分10
9秒前
研友_VZG7GZ应助坦率纸飞机采纳,获得10
9秒前
9秒前
haha完成签到,获得积分10
13秒前
片尾曲完成签到,获得积分10
14秒前
dd完成签到,获得积分20
14秒前
BDKA发布了新的文献求助10
14秒前
lingkai完成签到,获得积分10
15秒前
补药学习完成签到,获得积分10
17秒前
李健应助歪比巴布采纳,获得10
19秒前
21秒前
zxizx完成签到,获得积分10
23秒前
dd发布了新的文献求助10
23秒前
nikky977发布了新的文献求助10
24秒前
动听的尔槐完成签到 ,获得积分10
24秒前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
Ava应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
传奇3应助科研通管家采纳,获得30
25秒前
蓝天应助科研狗采纳,获得10
25秒前
25秒前
25秒前
独特雁易发布了新的文献求助30
25秒前
大模型应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
25秒前
25秒前
我是小汪应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
25秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
26秒前
高分求助中
The Graphene Handbook (2019 Edition) 800
IEST-RP-CC018: Cleanroom Cleaning and Sanitization: Operating and Monitoring Procedures 600
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
久松真一著作集〈第5巻〉禅と芸術 500
Fundamentals of Modern Mathematics: A Practical Review (Dover Books on Mathematics) 500
Cold War Transcended: Australia's China Policy, 1949-1990 470
Comprehensive Organic Synthesis 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6597564
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8367288
关于积分的说明 17910431
捐赠科研通 5750818
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2953442
邀请新用户注册赠送积分活动 1928727
关于科研通互助平台的介绍 1822988