Dual Evolution in Defect and Morphology of Single‐Atom Dispersed Carbon Based Oxygen Electrocatalyst

电催化剂 材料科学 双功能 催化作用 石墨烯 析氧 纳米技术 物理化学 电化学 电极 有机化学 化学
作者
Jinjin Ban,Xiaohan Wen,Hongjie Xu,Zhuo Wang,Xinhong Liu,Guoqin Cao,Guosheng Shao,Junhua Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (19) 被引量:165
标识
DOI:10.1002/adfm.202010472
摘要

Abstract The structure design and atomic modulation of catalysts are two sides of the same coin, both of which are deemed critical factors to regulate the intrinsic electrocatalytic activity. Herein, cobalt single‐atom anchored on nitrogen‐doped graphene‐sheet@tube (CoSAs‐NGST) is derived from a novel Co, Zn‐coordinated zeolitic imidazolate framework (CoZn‐ZIF) in the presence of dicyandiamide. CoSAs‐NGST exhibited a hybrid structure with a bamboo‐like graphene tube and sheet. The atomic configuration of intrinsic defects is characterized by electron energy loss spectroscopy. The morphology differentiation from cake‐shape structure to low‐dimension hybrid not only enhances the dispersity of single atoms but also induces defect state evolution, which results in the formation of a CoN 4 ‐rich graphene tube. Density functional theory (DFT) modeling revealed that the coupling effect on oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction (ORR/OER) pathways of Co‐N 4 ‐tube and Co‐N 4 ‐sheet is responsible for the enhanced activity of CoSAs‐NGST. In addition to the superb ORR/OER bifunctional catalytic performance, CoSAs‐NGST also demonstrates a notably small charge–discharge voltage drop of 0.93 V when applied in the rechargeable zinc–air battery outperforming Pt/C + RuO 2 catalyst. The present study provides an insight into the relationship between the structure design and atomic modulation of the carbon based catalysts.
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