Atomic Fe-Zn dual-metal sites for high-efficiency pH-universal oxygen reduction catalysis

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作者
Jie Xu,Shuhua Lai,Defeng Qi,Min Hu,Xianyun Peng,Yifan Liu,Wei Liu,Guangzhi Hu,Heng Xu,Fan Li,Chao Li,Jia He,Longchao Zhuo,Jiaqiang Sun,Yuan Qiu,Shusheng Zhang,Jun Luo,Xijun Liu
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:14 (5): 1374-1381 被引量:177
标识
DOI:10.1007/s12274-020-3186-x
摘要

An effective electrocatalyst being highly active in all pH range for oxygen reduction reaction (ORR) is crucial for energy conversion and storage devices. However, most of the high-efficiency ORR catalysis was reported in alkaline conditions. Herein, we demonstrated the preparation of atomically dispersed Fe-Zn pairs anchored on porous N-doped carbon frameworks (Fe-Zn-SA/NC), which works efficiently as ORR catalyst in the whole pH range. It achieves high half-wave potentials of 0.78, 0.85 and 0.72 V in 0.1 M HClO4, 0.1 M KOH and 0.1 M phosphate buffer saline (PBS) solutions, respectively, as well as respectable stability. The performances are even comparable to Pt/C. Furthermore, when assembled into a Zn-air battery, the high power density of 167.2 mWcm−2 and 120 h durability reveal the feasibility of Fe-Zn-SA/NC in real energy-related devices. Theoretical calculations demonstrate that the superior catalytic activity of Fe-Zn-SA/NC can be contributed to the lower energy barriers of ORR at the Fe-Zn-N6 centers. This work demonstrates the potential of Fe-Zn pairs as alternatives to the Pt catalysts for efficient catalytic ORR and provides new insights of dual-atom catalysts for other energy conversion related catalytic reactions.
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