Synergetic contribution of nitrogen and fluorine species in porous carbons as metal-free and bifunctional oxygen electrocatalysts for zinc–air batteries

双功能 催化作用 碳纤维 析氧 氧气 化学 金属 掺杂剂 氮气 无机化学 兴奋剂 材料科学 双功能催化剂 化学工程 有机化学 物理化学 电极 电化学 光电子学 复合数 工程类 复合材料
作者
Yanan Sun,Jinqin Yang,Xuesong Ding,Wenyan Ji,Aleksander Jaworski,Niklas Hedin,Bao‐Hang Han
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:297: 120448-120448 被引量:92
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120448
摘要

High-efficient bifunctional catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are critical to the practical application of zinc–air batteries. Herein, a comprehensive investigation on the synergetic contribution of nitrogen (N) and fluorine (F) species in porous carbon for ORR/OER catalyses is firstly conducted. The metal-free N, F co-doped porous carbon (NFPC) possesses appealing catalytic activities in zinc–air batteries and is superior to many other catalysts. Combined with the careful exploration of N and F dopants, seventeen optimized carbon cluster structures with all possible co-doping of N and F species are considered for density functional theory calculations. It can be inferred that the F doping with graphitic and pyridinic N triggers active paramagnetic centers. The co-doping of covalent F and graphitic N especially gives the lowest free energy barrier for both ORR/OER, which could account for the notable performance of NFPC catalysts in zinc–air batteries.
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