Boosting the ORR active and Zn-air battery performance through ameliorating the coordination environment of iron phthalocyanine

塔菲尔方程 催化作用 限制电流 电池(电) 吸附 过渡金属 化学工程 电极 氧气 化学 无机化学 电化学 酞菁 材料科学 物理化学 有机化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Zhiyuan Mei,Sheng Cai,Genfu Zhao,Xiaoxiao Zou,Yao Fu,Jingwen Jiang,Qi An,Mian Li,Tingting Liu,Hong Guo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132691-132691 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132691
摘要

Iron phthalocyanine (FePc) with unique iron-pyrrolic nitrogen (Fe-N) structure has attracted an increasing attention on the oxygen reduction reaction (ORR). Unfortunately, the Fe-N site is not “active” because of its symmetry in the plane and always exhibits unsatisfactory ORR activity. Herein, we design a non-contact scheme of axial carbon substrate induced Fe-N electron localization to improve its ORR performance. Theoretical calculation indicates that the addition of MWCNTs causes the aggregation of electron cloud around Fe-N, enhances the oxygen adsorption capacity and accelerates the ORR rate. The obtained catalyst shows a Tafel slope of 35.8 mV·dec−1, an initial potential of 0.979 V vs. RHE, a half-wave potential of 0.902 V vs. RHE and a limiting current density of 5.42 mA·cm−2 in alkaline medium. The Zn-air battery assembled by this catalyst also demonstrates a large discharge voltage of 1.296 V, considerable power density of 102 mW·cm−2 and superior cycling stability (500 cycles). This work not only simplifies the process of preparing high efficiency transition metal catalysts but also does some tentative explore for realizing the practical use of Zn-air battery.

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