Highly dispersed Zn-N, S co-doped carbon for highly efficient electrocatalytic oxygen reduction

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作者
Yingna Chang,Yuxiang Zuo,Jiawei Li,Jindi Wang,Kefan Song,Yu Liu,Rong Xing,Guoxin Zhang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:60: 194-200 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.02.058
摘要

Supportive atomic Zn electrocatalysts exhibit excellent stability for oxygen reduction reaction (ORR) due to their fully occupied d orbitals of Zn, but their catalytic activity is not satisfactory. Whereas heteroatom doping can anchor the Zn atoms to achieve higher Zn loading; and additionally serve as auxiliary sites to enhance the catalytic activity of Zn sites. Herein, we present a method for the synthesis of N, S co-doped carbon with highly dispersed Zn (named Zn-NSC). The ORR activity of the Zn-NSC catalysts is optimized by adjusting the pyrolysis temperature and the atomic structure of the dopant molecules. The optimized Zn-NSC demonstrates significantly enhanced ORR electrocatalytic activity, this is attributable to its highly co-doping of N and S heteroatoms that are adjacent to Zn atoms. Specifically, the Zn-NSC3 catalyst exhibits remarkable ORR characteristics with excellent onset voltage (0.97 V vs RHE) and half-wave potential (0.87 V vs RHE), surpassing those of Pt/C (0.97 V and 0.85 V, respectively). Additionally, the Zn-NSC3 can be utilized as efficient cathode for Al-air batteries, achieving a high power density of 119.4 mW cm−2 and satisfactory discharge stability. This work proposes an approach for synthesizing low-cost and efficient ORR electrocatalysts for Al-air battery applications.
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