Revealing Atomic Configuration and Synergistic Interaction of Single‐Atom‐Based Zn‐Co‐Fe Trimetallic Sites for Enhancing Oxygen Reduction and Evolution Reactions

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作者
Xiaorong Lin,Qingqing Li,Yixuan Hu,Zeyu Jin,Kolan Madhav Reddy,Kaikai Li,Xi Lin,Lijie Ci,Hua‐Jun Qiu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (30) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202300612
摘要

Anchoring single metal atom to carbon supports represents an exceptionally effective strategy to maximize the efficiency of catalysts. Recently, dual-atom catalysts (DACs) emerge as an intriguing candidate for atomic catalysts, which perform better than single-atom catalysts (SACs). However, the clarification of the polynary single-atom structures and their beneficial effects remains a daunting challenge. Here, atomically dispersed triple Zn-Co-Fe sites anchored to nitrogen-doped carbon (ZnCoFe-N-C) prepared by one-step pyrolysis of a designed metal-organic framework precursor are reported. The atomically isolated trimetallic configuration in ZnCoFe-N-C is identified by annular dark-field scanning transmission electron microscopy and spectroscopic techniques. Benefiting from the synergistic effect of trimetallic single atoms, nitrogen, and carbon, ZnCoFe-N-C exhibits excellent catalytic performance in bifunctional oxygen reduction/evolution reactions in an alkaline medium, outperforming other SACs and DACs. The ZnCoFe-N-C-based Zn-air battery exhibits a high specific capacity (liquid state: 931.8 Wh kgZn-1 ), power density (liquid state: 137.8 mW cm-2 ; all-solid-state: 107.9 mW cm-2 ), and good cycling stability. Furthermore, density-functional theory calculations rationalize the excellent performance by demonstrating that the ZnCoFe-N-C catalyst has upshifted d-band center that enhances the adsorption of the reaction intermediates.
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