A facile synthesis of iron single-atom electrocatalyst for high-performing oxygen reduction reaction and remarkable rechargeable zinc-air battery

电催化剂 氧还原反应 电池(电) 化学 氧气 材料科学 氧原子 氧还原 无机化学 还原(数学) 冶金 电化学 电极 物理化学 分子 物理 有机化学 功率(物理) 几何学 数学 量子力学
作者
Yuanyuan Zhang,Fenghong Lu,Kaicai Fan,Jiayi Zhao,Zumin Wang,Lingbo Zong
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:988: 174204-174204 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2024.174204
摘要

Iron-based single-atom catalysts (SACs) are considered to the most promising catalysts to replace Pt for efficient oxygen reduction reaction (ORR). However, the precise synthesis of high-performance SACs and the understanding of their ORR origin remain challenging. In this work, microporous nitrogen-doped carbon with abundant and accessible atomically dispersed N-coordinated Fe sites (Fe-N-C) is prepared by molecular-confined coupling pyrolysis strategy. The Fe-N-C exhibits excellent ORR activities in acid (E1/2 of 0.78 V vs. RHE) and alkaline (E1/2 of 0.91 V vs. RHE) electrolytes. When integrated into a rechargeable aqueous Zinc-air battery (ZAB), both large specific capacity (770 mAh g−1) and high peak power density (240 mW cm-2) are achieved. Remarkably, the as-prepared ZAB presents amazing charge-discharge cycle performance of 1600 h at the large current density, which is 52.5 times of that using Pt/C+RuO2. Furthermore, all-solid-state ZAB delivers ultra-robust cycling stability even under bending. This work may advance a critical step towards the design of rational and controlled preparation of remarkable and ultra-stable catalysts.

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