Revealing the Mechanism for Boosted Oxygen Reduction Reaction of Distorted Iron Single Atom Electrocatalyst

电催化剂 材料科学 X射线光电子能谱 催化作用 价(化学) 电化学 氧还原反应 硫黄 电极 氧气 化学工程 水溶液 无机化学 动能 Atom(片上系统) 燃料电池 失真(音乐) 氧还原 电池(电) 化学物理 电流密度 纳米技术 分析化学(期刊) 密度泛函理论 可逆氢电极 价电子 电子结构 反应机理 金属 光谱学
作者
Yuhua Xie,Yumei Feng,Shuyuan Pan,Qi Xu,Zehui Yang,Jin Zhang,Xiaoyang Fu,Fang Luo
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (27) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/aenm.71096
摘要

ABSTRACT The widespread application of fuel cells and zinc air batteries calls for the development of noble metal‐free electrocatalysts (e.g., Fe single atom, Fe‐N 4 ) for oxygen reduction reaction (ORR) with high activity, durability, and selectivity. Recently, the distortion in the D 4h symmetric structure of the Fe‐N 4 site has been reported to boost the ORR performance. However, the performance improvement is still limited and the mechanism is not clearly interpreted, especially at atomic level. In this study, we synthesize Fe‐N 3 S/SNC electrocatalyst with broken D 4h symmetric structure (distortion degree of 1.08) and demonstrate outstanding ORR performance. The half‐wave potential (E 1/2 ) reaches 0.924 V vs. RHE for Fe‐N 3 S/SNC, corresponding to 24 and 62 mV increase in E 1/2 value as well as 1.7 and 5.8 times higher kinetic current density compared with Fe‐N 4 /NC and commercial Pt/C in alkaline ORR test. Significantly, the promoted ORR activity is further witnessed in aqueous and all solid‐state rechargeable zinc air battery (ZAB) with ultrahigh power density of 231.8 mW cm −2 and 134.9 mW cm −2 , respectively, which outperforms the devices implementing commercial Pt/C by 1.8 and 3.5 fold, as well as the current state‐of‐the‐art all‐solid‐state ZAB. The boosted performance of Fe‐N 3 S/SNC is dynamically explicated by in situ X‐ray photoelectron spectroscopy and e g filling of Fe during ORR. Stable Fe valence during ORR process is observed for Fe‐N 3 S/SNC due to the electron buffer effect from sulfur atoms. Theoretical computations further validate the electron filling in e g orbital is stable at 1 for Fe atom under ORR conditions due to the broken D 4h symmetry and the electron buffer effect, leading to lower energy barrier for Fe‐N 3 S/SNC.
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
刚刚
脑洞疼应助小鱼采纳,获得10
1秒前
1秒前
1秒前
机智马里奥完成签到 ,获得积分10
1秒前
Puffin发布了新的文献求助10
1秒前
onlyfive发布了新的文献求助10
1秒前
ly发布了新的文献求助10
1秒前
暗部发布了新的文献求助10
1秒前
杨同学完成签到,获得积分10
2秒前
Bambookiller完成签到,获得积分10
2秒前
无辜的星星完成签到,获得积分10
2秒前
重要的映萱完成签到,获得积分10
2秒前
无昂王发布了新的文献求助10
2秒前
LLLLLL完成签到,获得积分10
3秒前
生动的战斗机完成签到,获得积分0
3秒前
Jasper应助satan9采纳,获得20
3秒前
855979发布了新的文献求助10
3秒前
alangq发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
上官若男应助陈仲采纳,获得10
3秒前
newgeno2003完成签到,获得积分10
3秒前
科研通AI6.2应助大力成危采纳,获得10
3秒前
朴素冰旋完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
飞飞飞飞完成签到,获得积分10
3秒前
tleeny发布了新的文献求助10
4秒前
ace完成签到,获得积分10
4秒前
55完成签到,获得积分10
4秒前
杜文彦完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
dududu发布了新的文献求助10
4秒前
why发布了新的文献求助10
5秒前
歪歪大王发布了新的文献求助10
5秒前
Xk16发布了新的文献求助10
5秒前
nograytime完成签到,获得积分10
6秒前
Hello应助zhuweihao采纳,获得10
6秒前
6秒前
6秒前
bingxinl完成签到,获得积分10
6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
The anomeric effect 1000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Navigating Normative Orders: Interdisciplinary Perspectives 750
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
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 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7733037
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9283895
关于积分的说明 20161130
捐赠科研通 7310800
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3304228
关于科研通互助平台的介绍 2457076
邀请新用户注册赠送积分活动 2313454