Atomically dispersed Cu–N–C catalysts with carbon defects for efficient oxygen reduction reaction

催化作用 氧还原反应 材料科学 热解 可逆氢电极 化学工程 碳纤维 解吸 工作(物理) 电极 氧还原 电池(电) 氧气 功率密度 燃料电池 密度泛函理论 金属 Atom(片上系统) 碳纳米管 无机化学 多相催化 X射线光电子能谱 电催化剂 电流密度 过渡金属 纳米技术
作者
Hanjun Zhang,Jing Chen,Yuxin Shi,Yaoyue Yang,Xiaole Jiang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:720: 165205-165205 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2025.165205
摘要

• Cu–N–C single atom catalysts with adjustable carbon defects are fabricated. • Optimized Cu–N–C V -1000 shows superior ORR performance, outperforming Pt/C. • Cu–N–C V -1000-based ZAB has high peak power density and specific capacity. • High activity comes from synergistic effect between Cu–N x sites and carbon defects. • This work offers insights for designing efficient catalysts by defect engineering. Regulating the local microenvironment of metal centers represents an effective yet challenging approach to enhance the catalytic performance of atomically dispersed transition metal-nitrogen-carbon (M–N–C) catalysts towards the oxygen reduction reaction (ORR). Herein, atomically dispersed Cu–N–C catalysts featuring with adjustable carbon vacancies/defects concentrations (Cu–N–C V –X) are fabricated using a simple molten-salt-assisted pyrolysis strategy. The optimized catalyst (Cu–N–C V -1000) exhibits superior ORR catalytic performance with a half-wave potential ( E 1/2 ) of 0.89 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE) and a turnover frequency ( TOF ) of 5.01 e site -1 s −1 at 0.85 V, surpassing Pt/C and most recently reported single-atom catalysts. Theoretical calculations confirm that defects adjacent to Cu–N 3 site downshift the d-band center of active sites, facilitating the desorption of *OH intermediate and thereby significantly enhancing the ORR kinetics. Consequently, the Cu–N–C V -1000-based zinc-air battery (ZAB) delivers a peak power density of 175.0 mW cm −2 along with a high discharge specific capacity of 819.4 mA g -1 Zn . This work confirms that the deliberate creation of suitable defects is an effective approach to optimize the intrinsic ORR activity of atomic M–N x sites, providing new insights into the rational design of high-performance catalysts for practical metal-air batteries.
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
娇气的沛白完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
2秒前
任性蜗牛关注了科研通微信公众号
2秒前
CodeCraft应助achaia采纳,获得10
2秒前
任性蜗牛关注了科研通微信公众号
2秒前
在水一方应助滴答滴采纳,获得10
3秒前
4秒前
4秒前
AY发布了新的文献求助10
4秒前
Jnnoo完成签到,获得积分10
5秒前
稗子发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
飘逸灰狼发布了新的文献求助10
7秒前
Jayavi发布了新的文献求助10
8秒前
Mimi发布了新的文献求助10
10秒前
细雨带风吹完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
郑zz发布了新的文献求助10
11秒前
碧蓝的翠发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
共享精神应助黄佳怡采纳,获得10
13秒前
小青年儿完成签到 ,获得积分10
13秒前
alouha完成签到,获得积分10
14秒前
陈梦婷完成签到,获得积分10
15秒前
安静的棉花糖完成签到 ,获得积分10
16秒前
YQ57发布了新的文献求助10
16秒前
TM完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
果儿完成签到,获得积分10
18秒前
滴答滴发布了新的文献求助10
19秒前
今后应助科研小白采纳,获得10
19秒前
SciGPT应助江枫渔火采纳,获得10
19秒前
lrrrrrr完成签到,获得积分10
21秒前
molihuakai应助胡图图采纳,获得10
22秒前
董文同学发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
傲娇豪发布了新的文献求助10
25秒前
情怀应助科研啦采纳,获得10
26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
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Quality by Design - An Indispensable Approach to Accelerate Biopharmaceutical Product Development 800
Pulse width control of a 3-phase inverter with non sinusoidal phase voltages 777
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Research Methods for Applied Linguistics: A Practical Guide 600
Research Methods for Applied Linguistics 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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6406789
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8226009
关于积分的说明 17444826
捐赠科研通 5459529
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2884865
邀请新用户注册赠送积分活动 1861286
关于科研通互助平台的介绍 1701779