Tailoring the stability of Fe-N-C via pyridinic nitrogen for acid oxygen reduction reaction

化学 氮气 吡啶 金属 吡咯 热解 铂金 氧化还原 二茂铁 催化作用 无机化学 氧气 贵金属 电化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Lingfeng Li,Yandi Wen,Guokang Han,Yuxin Liu,Yajie Song,Wei Zhang,Jia Sun,Lei Du,Fanpeng Kong,Yulin Ma,Yunzhi Gao,Jiajun Wang,Chunyu Du,Geping Yin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:437: 135320-135320 被引量:94
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135320
摘要

Developing advanced non-precious metal catalysts towards acidic oxygen reduction reaction (ORR) is critical for electrochemical energy conversion devices. Fe-N-C catalysts are demonstrated to be the most promising alternatives to platinum-based catalysts for ORR. Herein, Fe single atoms (SAs) coordinated by pyridinic nitrogen catalysts (denoted as Fe-pyridinic N-C) are synthesized through pyrolysis of ZIF-8 encapsulating ferrocene. Owing to the synergistic effects between Fe SAs and pyridinic N, Fe-pyridinic N-C exhibits remarkable ORR activity and outstanding stability in acid media, evidenced by golden kinetic current density of 9.71 mA cm−2 at 0.8 V, along with only 21 mV decrease in half-wave potential after 20,000 cycles. Theoretical calculations demonstrate that pyridine-type N possesses stronger binding energy with Fe SAs compared with pyrrole-type N, in other words, high pyridinic N content will help stabilize the catalyst. This study will be of great significance for the development of non-noble metal catalysts towards ORR with enhanced stability in acidic media.
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