Tailoring ORR Activity in Fe‐N‐C Catalysts through Phosphorus Incorporation

催化作用 化学 核化学 环境化学 无机化学 生物化学 有机化学
作者
Juan Yang,Tingting Xiang,Qingchao Zhu,Tianhong Zhou,Chenglong Chen,Ruibo Wang,Tieyu Hu,Bing Li,Ziwei Xu
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/chem.202403162
摘要

Atomically dispersed iron and nitrogen co-doped carbon materials (Fe-N-C) represent promising non-precious metal catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR), offering potential alternatives to noble metal-based benchmarks. In our study, we investigated the influence of phosphorus doping on the catalytic activity of Fe-N-C. The experimental research demonstrate that the doping of phosphorus significantly enhances the ORR activity. Specifically, the resulting Fe-NPC exhibits high metal loading and excellent ORR activity in 0.1 M KOH with an onset potential of 1.00 V and a half-wave potential of 0.864 V. Density functional theory (DFT) simulations reveal that phosphorus improves the electrocatalytic activity by activating O2 molecules and reducing the energy barrier (the hydrogenation reaction *OH→H2O) of the rate-determining step. Furthermore, Fe-NPC exhibits promising application prospects as an air cathode in Zn-air batteries, delivering a high maximum discharge power density of 180.3 mW cm-2 and outstanding discharge specific capacity (758.8 mAh g-1Zn) at a discharge current density of 10 mA cm-2.

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