Regulation of Atomic Fe‐Spin State by Crystal Field and Magnetic Field for Enhanced Oxygen Electrocatalysis in Rechargeable Zinc‐Air Batteries

电催化剂 双功能 自旋态 化学 催化作用 氧气 自旋(空气动力学) 析氧 纳米技术 材料科学 无机化学 电极 物理化学 电化学 物理 热力学 生物化学 有机化学
作者
Yibo Wang,Pengyu Meng,Zhaohui Yang,Min Jiang,Jian Yang,Huanxin Li,Jiao Zhang,Baode Sun,Chaopeng Fu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (28) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202304229
摘要

Highly-active and low-cost bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and evolution are essential in rechargeable metal-air batteries, and single atom catalysts with Fe-N-C are promising candidates. However, the activity still needs to be boosted, and the origination of spin-related oxygen catalytic performance is still uncertain. Herein, an effective strategy to regulate local spin state of Fe-N-C through manipulating crystal field and magnetic field is proposed. The spin state of atomic Fe can be regulated from low spin to intermediate spin and to high spin. The cavitation of dxz and dyz orbitals of high spin FeIII can optimize the O2 adsorption and promote the rate-determining step (*O2 to *OOH). Benefiting from these merits, the high spin Fe-N-C electrocatalyst displays the highest oxygen electrocatalytic activities. Furthermore, the high spin Fe-N-C-based rechargeable zinc-air battery displays a high power density of 170 mW cm-2 and good stability.
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