Engineering iron single atomic sites with adjacent ZrO2 nanoclusters via ligand–assisted strategy for effective oxygen reduction reaction and high–performance Zn–air batteries

催化作用 纳米团簇 配体(生物化学) 电池(电) 材料科学 吸附 化学工程 碳纤维 密度泛函理论 纳米技术 化学 氧气 无机化学 物理化学 有机化学 计算化学 生物化学 受体 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 复合数 复合材料
作者
Jie Zhang,Xinran Dong,Xing Wang,Yingjian Luo,Yihan Chen,Yali Xue,Chenyang Zhang,Jinwei Chen,Gang Wang,Ruilin Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:420: 129938-129938 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129938
摘要

Atomically dispersed iron–nitrogen–carbon (Fe–N–C) catalyst is a promising candidate to replace Pt for oxygen reduction reaction (ORR). To enhance ORR activity of Fe–N–C catalysts, the density and distribution of isolated Fe–N4 sites should be further optimized. Herein, a ligand–assisted strategy to synthesis of single atomic Fe–N–C derived from Zr–metal–organic frameworks (Zr–MOFs) is proposed. During preparation, –NO2 (from 2–nitroterephthalic acid ligands) in Zr–MOFs not only acts as the anchoring sites to capture Fe–polydopamine (FePDA) source but also plays a crucial role in modulating the Fe − N4 configuration. The resulting SA Fe@ZrO2/NC catalyst consists of FeN4 sites with adjacent ZrO2 in N–doped carbon, in which in–situ introduction of ZrO2 positively enhance O2 adsorption ability. Due to the moderate pore structure, atomically dispersed Fe–N4 active sites, and the strong interface interaction between isolated Fe atoms and ZrO2 nanocluster, the as–prepared catalyst exhibits comparable ORR activity and outstanding stability in alkaline solution. When assembled in a rechargeable Zn–air battery, the battery with SA Fe@ZrO2/NC air electrode delivers a stable open circuit voltage, high–power density (250 mW cm−2) and discharge specific capacity (730 mA h gZn−1). It also demonstrates a long cycle life and good rate performance. Density functional theory calculation results reveals that the adjacent ZrO2 nanocluster modulates the electron structure of Fe atoms in FeN4 sites with an improved ORR process and activity. This work provides a facile strategy for preparing efficient single atomic Fe–N–C catalyst to drive the oxygen reduction reaction in Zn–air batteries.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小蘑菇应助兴奋海雪采纳,获得10
1秒前
1秒前
超级的飞飞完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
薛蹇发布了新的文献求助10
2秒前
那奇泡芙发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
5秒前
思源应助那奇泡芙采纳,获得10
8秒前
8秒前
8秒前
生动盼秋发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
michael_suo发布了新的文献求助10
9秒前
make217完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
李紫硕完成签到,获得积分10
12秒前
宇文雨文完成签到,获得积分10
12秒前
兴奋海雪发布了新的文献求助10
13秒前
宇文雨文发布了新的文献求助30
17秒前
烤地瓜完成签到 ,获得积分10
17秒前
heymax发布了新的文献求助10
19秒前
狐少侠完成签到,获得积分10
20秒前
super chan发布了新的文献求助10
20秒前
FashionBoy应助heymax采纳,获得10
30秒前
31秒前
31秒前
万能图书馆应助兴奋海雪采纳,获得10
34秒前
假道士发布了新的文献求助10
36秒前
36秒前
37秒前
大个应助super chan采纳,获得10
42秒前
情怀应助俭朴的猫咪采纳,获得10
42秒前
令狐映之发布了新的文献求助10
46秒前
斯文败类应助等待的剑身采纳,获得10
47秒前
科研通AI2S应助谦让路灯采纳,获得10
51秒前
薛蹇完成签到,获得积分10
54秒前
54秒前
Lili应助单薄蓝血采纳,获得10
56秒前
热浪午后完成签到,获得积分10
57秒前
高分求助中
The three stars each: the Astrolabes and related texts 1100
Sport in der Antike 800
De arte gymnastica. The art of gymnastics 600
Berns Ziesemer - Maos deutscher Topagent: Wie China die Bundesrepublik eroberte 500
Stephen R. Mackinnon - Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary (2023) 500
Sport in der Antike Hardcover – March 1, 2015 500
Psychological Warfare Operations at Lower Echelons in the Eighth Army, July 1952 – July 1953 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2429737
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2114410
关于积分的说明 5361416
捐赠科研通 1842274
什么是DOI,文献DOI怎么找? 916893
版权声明 561496
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 490478