Decoration of NiFe‐LDH Nanodots Endows Lower Fe‐d Band Center of Fe1‐N‐C Hollow Nanorods as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts with Small Overpotential Gap

过电位 材料科学 纳米棒 双功能 纳米点 析氧 化学工程 纳米技术 电催化剂 氢氧化物 无机化学 电化学 催化作用 电极 有机化学 物理化学 化学 工程类
作者
Zheng‐Qi Liu,Xiongyi Liang,Fei‐Xiang Ma,Yu‐Xuan Xiong,Guobin Zhang,Guanhua Chen,Liang Zhen,Cheng‐Yan Xu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (13) 被引量:98
标识
DOI:10.1002/aenm.202203609
摘要

Abstract Single‐atom Fe‐N‐C (denoted as Fe1‐N‐C) catalysts exhibit inadequate bifunctional activities to conquer the sluggish oxygen reduction and evolution reaction (ORR/OER), hindering their practical applications in rechargeable Zn‐air batteries (ZABs). Here, by employing Fe1‐N‐C hollow nanorods as ORR‐active support, OER‐active NiFe‐layered double hydroxide (NiFe‐LDH) nanodots are evenly decorated through a spatially confined process to form NiFe‐LDH/Fe1‐N‐C heterostructure hollow nanorods with abundant accessible catalytic sites. The NiFe‐LDH/Fe1‐N‐C heterostructure not only enhances the ORR activity of pristine Fe1‐N‐C but also realizes efficient bifunctional ORR/OER activity in one monolithic catalyst. Theoretical calculations reveal that introducing NiFe‐LDH nanodots results in donation of electrons to the Fe1‐N‐C matrix and thus lowers the Fe‐d band center of the Fe‐N4 sites, dramatically narrowing the energy barriers of the ORR rate‐limiting steps. As a result, NiFe‐LDH/Fe1‐N‐C nanorods deliver remarkable ORR activity with a half‐wave potential of 0.90 V versus reversible hydrogen electrode, surpassing bare Fe1‐N‐C and commercial Pt/C. Impressively, the integrated NiFe‐LDH/Fe1‐N‐C catalysts show outstanding bifunctional performance with a small overpotential gap of only 0.65 V. The liquid‐state ZABs with NiFe‐LDH/Fe1‐N‐C as an air‐cathode catalyst deliver a peak power density of 205 mW cm−2 and long‐term cycling stability of up to 400 h.
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