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Cu-N4 single atoms derived from metal-organic frameworks with trapped nitrogen-rich molecules and their use as efficient electrocatalysts for oxygen reduction reaction

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作者
Fenghong Lu,Kaicai Fan,Lixiu Cui,Ye Yang,Wenxuan Wang,Guitao Zhang,Chengbin Wang,Qi Zhang,Bin Li,Lingbo Zong,Lei Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 133242-133242 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133242
摘要

The development of noble-metal-free single atom electrocatalysts (SAECs) with both remarkable activity and durability for oxygen reduction reaction (ORR) are in great demand for large-scale commercialization of proton-exchange membrane fuel cells and metal-air batteries. Here, we developed a novel strategy to fabricate high-performance Cu-SAs/NSs from pyrolysis of two-dimensional (2D) Cu/Zn bimetallic MOF. Specifically, nitrogen-rich molecules (melamine) were deliberately added to intrigue the self-assembly of Cu/Zn bimetallic MOF, and contribute to the formation of highly porous structure and abundant Cu-N4 active sites. With the enhanced accessibility of active sites and mass transport, the as-developed Cu-SAs/NSs display a remarkable ORR performance in alkaline media, outperforming the benchmark Pt/C and most of platinum group metals (PGMs)-free electrocatalysts reported to date. Notably, this facile strategy can be extended to fabricate other transition metal (TM, TM = Fe, Co, Ni)-based single atoms. This work presents a novel and general strategy to construct carbon-based SAECs towards ORR.
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