Molten Salt‐Assisted Synthesis of Ferric Oxide/M–N–C Nanosheet Electrocatalysts for Efficient Oxygen Reduction Reaction

催化作用 氧气 金属 纳米片 氧化物 材料科学 无机化学 化学 化学工程 纳米技术 有机化学 冶金 工程类
作者
Zhiwei Lu,Weiming Gong,Jinpeng Chen,Peng Guo,Yingxian Zhang,Lan Zhang,Minglei Yan,Chun Yi Wu,Mengmeng Sun,Gehong Su,Wei Wang,Yanying Wang,Jianshan Ye,Wenxin Zhu,Jianlong Wang,Hanbing Rao
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:9 (4): e2401278-e2401278 被引量:7
标识
DOI:10.1002/smtd.202401278
摘要

Abstract Efficient, stable, and low‐cost oxygen reduction catalysts are the key to the large‐scale application of metal–air batteries. Herein, high‐dispersive Fe 2 O 3 nanoparticles (NPs) with abundant oxygen vacancies uniformly are anchored on lignin‐derived metal–nitrogen–carbon (M–N–C) hierarchical porous nanosheets as efficient oxygen reduction reaction (ORR) catalysts (Fe 2 O 3 /M–N–C, M═Cu, Mn, W, Mo) based on a general and economical KCl molten salt‐assisted method. The combination of Fe with the highly electronegative O induces charge redistribution through the Fe–O–M structure, thereby reducing the adsorption energy of oxygen‐containing substances. The coupling effect of Fe 2 O 3 NPs with M–N–C expedites the catalytic activity toward ORR by promoting proton generation on Fe 2 O 3 and transfer to M–N–C. Experimental and theoretical calculation further revealed the remarkable electronic structure evolution of the metal site during the ORR process, where the emission density and local magnetic moment of the metal atoms change continuously throughout their reaction. The unique layered porous structure and highly active M–N 4 sites resulted in the excellent ORR activity of Fe 2 O 3 /Cu–N–C with the onset potential of 0.977 V, which is superior to Pt/C. This study offers a feasible strategy for the preparation of non‐noble metal catalysts and provides a new comprehension of the catalytic mechanism of M–N–C catalysts.
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