Directional Manipulation of Electron Transfer by Energy Level Engineering for Efficient Cathodic Oxygen Reduction

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作者
Jing Wang,Tianpei Zhou,Shanshan Ruan,Feng Hu,Wentuan Bi,Jun Hu,Ting Chen,Hongfei Liu,Bingkai Yuan,Nan Zhang,Wenjie Wang,Lidong Zhang,Wangsheng Chu,Changzheng Wu,Yi Xie
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (16): 6622-6630 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01933
摘要

Electron transfer plays an important role in determining the energy conversion efficiency of energy devices. Nitrogen-coordinated single metal sites (M-N4) materials as electrocatalysts have exhibited great potential in devices. However, there are still great difficulties in how to directionally manipulate electron transfer in M-N4 catalysts for higher efficiency. Herein, we demonstrated the mechanism of electron transfer being affected by energy level structure based on classical iron phthalocyanine (FePc) molecule/carbon models and proposed an energy level engineering strategy to manipulate electron transfer, preparing high-performance ORR catalysts. Engineering molecular energy level via modulating FePc molecular structure with nitro induces a strong interfacial electronic coupling and efficient charge transfer from carbon to FePc-β-NO2 molecule. Consequently, the assembled zinc-air battery exhibits ultrahigh performance which is superior to most of M-N4 catalysts. Energy level engineering provides a universal approach for directionally manipulating electron transfer, bringing a new concept to design efficient and stable M-N4 electrocatalyst.
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