Synergistic Fe–Si Dual‐Site Pathway Engineering in Biomass‐Derived Carbon Matrix for High‐Performance Oxygen Reduction Reaction

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作者
Min Su Cho,Yanmei Zang,S. Park,Byeong‐Seon An,Ho Jin Lee,Ashishi Gaur,Ghulam Muhammad Ali,Mingony Kim,K. D. Chung,SungBin Park,Yung‐Eun Sung,Daehae Kim,Ki Jae Kim,Chang Woo Myung,Han Hyuksu
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cey2.70154
摘要

ABSTRACT Anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) offer a sustainable energy solution with non‐precious metal catalysts, reduced degradation, and fuel flexibility. However, the sluggish oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode and durability concerns impede commercialization. To address these challenges, this study presents a dual‐atomic SiFe–N–C catalyst derived from pinecones, a naturally abundant biomass resource. The catalyst features a nitrogen‐rich porous carbon matrix that stabilizes Si–Fe dual‐atomic sites during pyrolysis. Advanced analyses confirm Fe–Si and Fe–N bonds, which synergistically enhance ORR activity by optimizing electronic structures and intermediate adsorption energies. The SiFe–N–C catalyst surpasses Pt/C and Fe–N–C single‐atom benchmarks with superior ORR activity and excellent long‐term durability supported by high resistance to CO poisoning as well as methanol crossover. It also demonstrates a promising electrochemical performance as a catalytic material for the separator of Li–S battery. Mechanistic studies reveal that the Si–Fe dual‐atomic configuration promotes an efficient Fe–O–O–Si pathway, reducing energy barriers and offering a cost‐effective, high‐performance solution for electrochemical energy conversion and storage applications.
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