A Molecular Engineering Strategy to Stabilize N-Bridged Bilayer Atomic Fe–N 4 Sites on N-Doped Porous Carbon for Oxygen Reduction

催化作用 双层 表面工程 电催化剂 材料科学 化学工程 纳米技术 多孔性 活动站点 氧还原反应 化学 氧气 电化学能量转换 碳纤维 能量转换 分子工程 脂质双层 密度泛函理论 电子结构 无机化学 电化学 氧化还原 质子交换膜燃料电池 单层 表面能 析氧 燃料电池 储能 化学物理
作者
Yu Chen,Yan Meng,Mengke Zou,Yuxin Xiang,Hong Zhong,Scott P. Beckman,Yuehe Lin,Wenbo Zhao,Peng-Fei Xie,Jian Peng,Shi-Yong Zhao,Lili Zhang,Peng-Xiang Hou,Chang Liu,Jin-Cheng Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 7495-7505
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c09128
摘要

Challenges in rationally fabricating high-performance Fe–N/C catalysts for oxygen reduction reaction (ORR)-related energy devices give strong motivation to modulate the electronic structure of surface Fe active centers. Herein, a molecular engineering strategy is developed to prepare an Fe–N/C catalyst with surface enrichment of N-bridged bilayer FeN4 (N4Fe–N–FeN4) active sites. A dual-Fe-atom nanocluster, constructed of [Fe(CN)6]3– coupled with Fe3+–N4 in hemin by molecular interaction, is used to transform into the bilayer N4Fe–N–FeN4 site on N-doped porous carbon by confined pyrolysis. Theoretical calculations reveal that N-bridged sublayer FeN4 modulates the electronic structure of the surface-layer FeN4 site and therefore decreases the ORR energy barrier at the surface Fe active center. Thus, the resulting catalyst shows ORR performance with half-wave potentials of 0.815 V under acidic conditions and 0.890 V in alkaline media. More importantly, ORR-related energy devices are assembled, exhibiting performance such as high peak power densities of 760 mW cm–2 for a H2–O2 fuel cell and 354 mW cm–2 for a Zn–O2 battery. This study not only provides a strategy for developing high-performance next-generation catalysts but also elucidates insights into the electrocatalytic mechanisms, contributing to advances in energy devices.
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
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
神勇的萱萱完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
草莓味的星星完成签到,获得积分10
3秒前
邓代容完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
凝心发布了新的文献求助10
4秒前
fyy发布了新的文献求助10
4秒前
纳纳椰发布了新的文献求助10
5秒前
wink发布了新的文献求助10
5秒前
小宇发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
jielo发布了新的文献求助10
7秒前
OK应助Yangyang采纳,获得200
8秒前
ding应助DBT采纳,获得10
8秒前
冷静雨南完成签到 ,获得积分10
9秒前
9秒前
徐开心发布了新的文献求助10
10秒前
SciGPT应助许思真采纳,获得10
10秒前
10秒前
12秒前
Samuel应助畅快凡柔采纳,获得20
12秒前
carcar完成签到,获得积分10
13秒前
Hwj完成签到,获得积分10
14秒前
Akong发布了新的文献求助10
15秒前
pppyrus完成签到,获得积分10
15秒前
林颖发布了新的文献求助10
16秒前
谋勇兼备发布了新的文献求助10
16秒前
在水一方应助蓝天采纳,获得10
17秒前
Manchester完成签到,获得积分10
18秒前
多情蚂蚁完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
斯文败类应助林颖采纳,获得10
21秒前
GuSiwen完成签到,获得积分10
21秒前
英俊的铭应助mmyhn采纳,获得10
22秒前
22秒前
单纯凤凰发布了新的文献求助20
22秒前
芝知完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
24秒前
XIA完成签到 ,获得积分10
24秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
适配Micro-LED色转换的高兼容性量子点负性光刻胶制备与工艺研究 500
Direct and Iterative Linear System Solvers 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7313542
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8930093
关于积分的说明 18927370
捐赠科研通 6973816
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3213582
关于科研通互助平台的介绍 2381688
邀请新用户注册赠送积分活动 2191778