Heteroatom‐Driven Coordination Fields Altering Single Cerium Atom Sites for Efficient Oxygen Reduction Reaction

杂原子 材料科学 催化作用 电催化剂 Atom(片上系统) 纳米技术 物理化学 化学 电极 电化学 有机化学 戒指(化学) 计算机科学 冶金 嵌入式系统
作者
Leilei Yin,Shuai Zhang,Mingzi Sun,Siyuan Wang,Bolong Huang,Yaping Du
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (28) 被引量:76
标识
DOI:10.1002/adma.202302485
摘要

Abstract For current single‐atom catalysts (SACs), modulating the coordination environments of rare‐earth (RE) single atoms with complex electronic orbital and flexible chemical states is still limited. Herein, cerium (Ce) SAs supported on a P, S, and N co‐doped hollow carbon substrate (Ce SAs/PSNC) for the oxygen reduction reaction (ORR) are reported. The as‐prepared Ce SAs/PSNC possesses a half‐wave potential of 0.90 V, a turnover frequency value of 52.2 s −1 at 0.85 V, and excellent stability for the ORR, which exceeds the commercial Pt/C and most recent SACs. Ce SAs/PSNC‐based liquid zinc–air batteries (ZABs) exhibit a high and stable open‐circuit voltage of 1.49 V and a maximum power density of 212 mW cm −2 . As the catalyst of the air cathode, it also displays remarkable performance in flexible electronic devices. Theoretical calculations reveal that the introduction of S and P sites induces significant electronic modulations to the Ce SA active sites. The P and S dopings promote the electroactivity of Ce SAs and improve the overall site‐to‐site electron transfer within the Ce SAs/PSNC. This work offers a unique perspective for modulating RE‐based SACs in a complex coordination environment toward superior electrocatalysis and broad applications in energy conversion and storage devices.
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