Atomically Dispersed Fe/N4 and Ni/N4 Sites on Separate‐Sides of Porous Carbon Nanosheets with Janus Structure for Selective Oxygen Electrocatalysis

电催化剂 杰纳斯 多孔性 材料科学 化学工程 碳纤维 纳米技术 氧气 化学 电化学 物理化学 复合数 电极 有机化学 复合材料 工程类
作者
Xinghuan Liu,Fei Zhao,Long Jiao,Tianwen Fang,Zeyu Zhao,Xiangfei Xiao,Danya Li,Ke Yi,Rongjie Wang,Xin Jia
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (25) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/smll.202300289
摘要

Dual single atoms catalysts have promising application in bifunctional electrocatalysis due to their synergistic effect. However, how to balance the competition between rate-limiting steps (RDSs) of reversible oxygen reduction and oxygen evolution reaction (OER) and fully expose the active centers by reasonable structure design remain enormous challenges. Herein, Fe/N4 and Ni/N4 sites separated on different sides of the carbon nanosheets with Janus structure (FeNijns /NC) is synthesized by layer-by-layer assembly method. Experiments and calculations reveal that the side of Fe/N4 is beneficial to oxygen reduction reaction (ORR) and the Ni/N4 side is preferred to OER. Such Janus structure can take full advantage of two separate-sides of carbon nanosheets and balance the competition of RDSs during ORR and OER. FeNijns /NC possesses superior ORR and OER activity with ORR half-wave potential of 0.92 V and OER overpotential of 440 mV at J = 10 mA cm-2 . Benefiting from the excellent bifunctional activities, FeNijns /NC assembled aqueous Zn-air battery (ZAB) demonstrates better maximum power density, and long-term stability (140 h) than Pt/C+RuO2 catalyst. It also reveals superior flexibility and stability in solid-state ZAB. This work brings a novel perspective for rational design and understanding of the catalytic mechanisms of dual single atom catalysts.
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