A “Dual Spatial Confinement” Route to Tailor Efficient Dual‐Active Sites ORR Catalyst for Rechargeable Zn‐Air Batteries

催化作用 沸石咪唑盐骨架 材料科学 咪唑酯 氧还原反应 化学工程 纳米技术 活动中心 化学 无机化学 电极 吸附 金属有机骨架 电化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yang Xiang,Jinghong Wen,Yun‐Xiu Zhao,Li Ping,Meiqi Li,Yuting Ren,Su‐Na Wang,Jianmin Dou,Yun‐Wu Li,Huiyan Ma,Liqiang Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (32): e2504022-e2504022 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202504022
摘要

Abstract Dual active center catalysts (DACs) are effective for accelerating the sluggish kinetics of cathodic oxygen reduction reaction (ORR) in rechargeable zinc‐air batteries (ZABs). However, their tendency to aggregate severely restrict the catalytic efficiency. Herein, a “dual spatial confinement” route is conceived to develop a family of well‐dispersed DACs for boosting ORR activity and ZABs. During pyrolysis, the Zn vacancies generated from Zn‐Zeolitic imidazolate framework (Zn‐ZIF) precursors facilitate the initial incorporation and confinement of Fe/Co atoms, enabling the formation of uniformly dispersed metal sites. Subsequently, the in‐situ grown N‐doped carbon nanotubes (CNTs) further regulate the dual active centers (Co 3 Fe 7 and Co 5.47 N), ultimately yielding a highly efficient ORR catalyst. Owing to the synergistic effect between the dual active centers, the optimized Co 3 Fe 7 /Co 5.47 N@CNT‐900 catalyst exhibits superior 4e − ORR activity. Theoretical calculations demystify that the Co 3 Fe 7 /Co 5.47 N sites co‐promote the generation of OH − on Co centers, greatly enhance the ORR activity. When applied in rechargeable ZABs, the catalyst delivers a high power density of 168.99 mW cm −2 , a high specific capacity of 904.57 mAh g Zn −1 , and good cycling stability, along with fine rate capability. This work shall light a pathway towards dual active center catalysts with sterling ORR activity.
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