Large-scale synthesis of N-doped carbon capsules supporting atomically dispersed iron for efficient oxygen reduction reaction electrocatalysis

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作者
Hui Yang,Yanfang Liu,Xiaolu Liu,Xiangke Wang,He Tian,Geoffrey I. N. Waterhouse,Paul E. Kruger,Shane G. Telfer,Shengqian Ma
出处
期刊:eScience [Elsevier]
卷期号:2 (2): 227-234 被引量:152
标识
DOI:10.1016/j.esci.2022.02.005
摘要

The large-scale synthesis of platinum-free electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) remains a grand challenge. We report the large-scale production of stable and active ORR electrocatalysts based on iron, an earth-abundant element. A core–shell zeolitic imidazolate framework–tannic acid coordination polymer composite ([email protected]) was utilized as the catalyst precursor, which was transformed into iron atoms dispersed in hollow porous nitrogen-doped carbon capsules (H-Fe-Nx-C) through ion exchange and pyrolysis. H-Fe-Nx-C features site-isolated single-atom iron centers coordinated to nitrogen in graphitic layers, high levels of nitrogen doping, and high permeability to incoming gases. Benefiting from these characteristics, H-Fe-Nx-C demonstrated efficient electrocatalytic activity (E1/2 ​= ​0.92 ​V, vs. RHE) and stability towards the ORR in both alkaline and acidic media. In ORR performance, it surpassed the majority of recently reported Fe-N-C catalysts and the standard Pt/C catalyst. In addition, H-Fe-Nx-C showed outstanding tolerance to methanol.
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