Atomically dispersed dual Fe centers on nitrogen-doped bamboo-like carbon nanotubes for efficient oxygen reduction

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作者
Ligang Ma,Junlin Li,Zhiwei Zhang,Hao Yang,Xueqin Mu,Xiangyao Gu,Huihui Jin,Ding Chen,Senlin Yan,Suli Liu,Shichun Mu
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (3): 1966-1972 被引量:41
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3845-6
摘要

Interfacial atomic configuration between dual-metal active species and nitrogen-carbon substrates is of great importance for improving the intrinsic activity of catalysts toward oxygen reduction reaction (ORR). Thus, from the atomic-scale engineering we develop a high intrinsic activity ORR catalyst in terms of incorporating atomically dispersed dual Fe centers (single Fe atoms and ultra-small Fe atomic clusters) into bamboo-like N-doped carbon nanotubes. Benefiting from atomically dispersed dual-Fe centers on the atomic interface of Fe-Nx/carbon nanotubes, the fabricated dual Fe centers catalyst exhibits an extremely high ORR activity (Eonset = 1.006 V; E1/2 = 0.90 V), beyond state-of-the-art Pt/C. Remarkably, this catalyst also shows a superior kinetic current density of 19.690 mA·cm−2, which is 7 times that of state-of-the-art Pt/C. Additionally, based on the excellent catalyst, the primary Zn-air battery reveals a high power density up to 137 mW·cm−2 and sufficient potential cycling stability (at least 25 h). Undoubtedly, given the unique structure-activity relationship of dual-Fe active species and metal-nitrogen-carbon substrates, the catalyst will show great prospects in highly efficient electrochemical energy conversion devices.
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