The synthesis and synergistic catalysis of iron phthalocyanine and its graphene-based axial complex for enhanced oxygen reduction

石墨烯 材料科学 催化作用 纳米结构 酞菁 金属 纳米技术 化学工程 Atom(片上系统) 有机化学 化学 冶金 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Jia Guo,Xiaomei Yan,Qin Liu,Qiang Li,Xiao Xu,Longtian Kang,Zhanmin Cao,Guoliang Chai,Jun Chen,Yaobing Wang,Jiannian Yao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:46: 347-355 被引量:170
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.02.026
摘要

Exploring an efficient route to prepare novel graphene-based nanostructure of organic small molecule as metal single-atom catalyst still faces a great challenge due to the difficult synergy of complicated nanostructure for multiple catalytic steps. Herein, the iron phthalocyanine (FePc)-based nanostructures are synthesized via the graphene-assisted colloid chemical reaction for the first time. Compared to the commercial Pt/C for oxygen reduction reaction (ORR), the optimal FePc/graphene nanostructure exhibits not only more positive onset potential (Eonset, 1.000 vs 0.973 V) and half-wave potential (△E1/2 = 100 mV), but also better stability and durability in alkaline solution. The corresponding zinc-air battery also shows better the maximum power density. The systematical characterizations prove the axial coordination between FePc and graphene via Fe-O-C bond and the formation of Fe(II)Pc/Fe(III)Pc/graphene nanostructures. The comprehensive analysis and simulated calculation reveal the synergistic ORR catalysis of four- and five- coordinated Fe atoms in these samples. This work provides a new insight into the synthesis and application of metal-organic complex for metal single-atom catalysis.
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