Simultaneously Realizing Rapid Electron Transfer and Mass Transport in Jellyfish‐Like Mott–Schottky Nanoreactors for Oxygen Reduction Reaction

过电位 电子转移 材料科学 电催化剂 化学物理 电子传输链 传质 阴极 纳米技术 电极 光化学 化学 物理化学 电化学 色谱法 生物化学
作者
Zehui Sun,Yuankun Wang,Libo Zhang,Hu Wu,Yachao Jin,Yuhan Li,Yuchuan Shi,Tianxiang Zhu,Heng Mao,Jiamei Liu,Chunhui Xiao,Shujiang Ding
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (15) 被引量:259
标识
DOI:10.1002/adfm.201910482
摘要

Abstract Fundamental understanding of constructing elevated catalysts to realize fast electron transfer and rapid mass transport in oxygen reduction reaction (ORR) chemistry by interface regulation and structure design is important but still ambiguous. Herein, a novel jellyfish‐like Mott–Schottky‐type electrocatalyst is developed to realize fast electron transfer and decipher the structure–mass transport connection during ORR process. Both spectroscopy techniques and density functional theory calculation demonstrate electrons spontaneously transfer from Fe to N‐doped graphited carbon at the heterojunction interface, thus accelerating electron transfer from electrode to reactant. Dynamic analysis indicates unique structure can significantly improve mass transport of oxygen‐species due to two factors: one is electrolyte streaming effect caused by tentacle‐like carbon nanotubes; the other is effective collision probability in the semi‐closed cavity. Therefore, this Mott–Schottky‐type catalyst delievers superior ORR performance with high onset potential, positive half wave potential, and large current density. It also exhibits low overpotential when serving as an air cathode in Zn–air batteries. This work deepens understanding of the two key factors—electron transfer and mass transport—on determining the kinetic reaction of ORR process and offers a new avenue in constructing efficient Mott–Schottky electrocatalysts.
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