Porphyrin polymer-derived single-atom Fe assisted by Fe2O3 with oxygen vacancy for efficient oxygen reduction reaction

催化作用 卟啉 氧气 介孔材料 化学 碳纤维 热解 Atom(片上系统) 光化学 材料科学 组合化学 有机化学 计算机科学 复合数 嵌入式系统 复合材料
作者
Jianwei Ren,Wei Yan,Xue Li,Fuling Wang,Qianli Xing,Zuoxu Xiao,Heyuan Liu,Yanli Chen,Xiyou Li
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:592: 153301-153301 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.153301
摘要

Single-atom catalysts (SACs) have been deemed as one of the most prospective substitutes for high-efficiency oxygen reduction reaction (ORR) catalysts due to its theoretical maximum atomic utilization. However, the convenient preparation and the further improvement in activity of SACs are laborious. Herein, the N-doped porous carbon (NC) material with in site produced Fe-N4 single-atom catalytic sites (FeSA) accompanied by Fe2O3 species with abundant oxygen vacancies (Ov-Fe2O3) as co-catalytic sites (Ov-Fe2O3@[email protected]) is successfully obtained by using a well-designed porphyrin conjugated mesoporous polymer (CMP) consisting of iron porphyrin and metal free porphyrin units as a precursor, and followed by pyrolysis. A series of controllable experiments reveal that FeSA assisted by Ov-rich Fe2O3 render Ov-Fe2O3@[email protected] outstanding ORR activity in the alkaline medium with the onset and half-wave potentials (Eonset and E1/2) of 0.987 V and 0.901 V vs RHE, which significantly outperformed the electrochemical activity of [email protected] (Eonset = 0.962 V, E1/2 = 0.850 V) and Ov-Fe2O3@NC (Eonset = 0.913 V, E1/2 = 0.821 V) with individual FeSA and Ov-Fe2O3 active sites, respectively. This work innovatively demonstrates the importance of oxygen vacancy-assisted single-atom catalysts for oxygen reduction catalysis, and also provides guidance for the design of high-performance SACs.

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