Isolated Binary Fe–Ni Metal–Nitrogen Sites Anchored on Porous Carbon Nanosheets for Efficient Oxygen Electrocatalysis through High-Temperature Gas-Migration Strategy

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作者
Xinghuan Liu,Xiaodong Yang,Zeyu Zhao,Tianwen Fang,Ke Yi,Long Chen,Shiyu Liu,Rongjie Wang,Xin Jia
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (15): 18703-18712 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17193
摘要

Atomically dispersed dual-site catalysts can regulate multiple reaction processes and provide synergistic functions based on diverse molecules and their interfaces. However, how to synthesize and stabilize dual-site single-atom catalysts (DACs) is confronted with challenges. Herein, we report a facile high-temperature gas-migration strategy to synthesize Fe–Ni DACs on nitrogen-doped carbon nanosheets (FeNiSAs/NC). FeNiSAs/NC exhibits a high half-wave potential (0.88 V) for the oxygen reduction reaction (ORR) and a low overpotential of 410 mV at 10 mA cm–2 for the oxygen evolution reaction (OER). As an air electrode for Zn–air batteries (ZABs), it shows better performances in aqueous ZABs and excellent stability and flexibility in solid-state ZABs. The high specific surface area (1687.32 m2/g) of FeNiSAs/NC is conducive to electron transport. Density functional theory (DFT) reveals that the Fe sites are the active center, and Ni sites can significantly optimize the free energy of the oxygen-containing intermediate state on Fe sites, contributing to the improvement of ORR and the corresponding OER activities. This work can provide guidance for the rational design of DACs and understand the structure–activity relationship of SACs with multiple active sites for electrocatalytic energy conversion.
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