Atomically Dispersed Fe Confined into MnO Nanoclusters Enhances Alkaline Oxygen Reduction Activity and Stability

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作者
Dan Meng,Xiting Zhang,Cong‐Yi Du,Zhen Guo,Jianan Zhang,Zhao‐Qing Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (29): e202501531-e202501531 被引量:17
标识
DOI:10.1002/anie.202501531
摘要

Transition metal oxide electrocatalysts are promising alternatives to expensive noble metals for the oxygen reduction reaction (ORR). Here, we present a simple metal-atom localization strategy to confine the atomically dispersed Fe into MnO nanoclusters, which are dispersed and immobilized on high-conductivity carbon support (MF/CN). The experimental and theoretical calculation results reveal that the trace Fe(III) ions doped into MnO nanoclusters can induce charge transfer and spin state transition to trigger a butterfly effect, obtaining abundant active Mn(III) with single-electron eg configuration and strengthened built-in electric field (BIEF), which is greatly helpful to balance the adsorption and desorption of ORR O-containing intermediates, facilitate the interfacial electron transfer, and improve the electrical conductivity. As a result, the optimized MF0.04/CN exhibits compelling alkaline ORR activity (half-wave potential 0.79 V vs. RHE) and stability (nearly 100% current retention rate for 30 h). Finally, the MF0.04/CN realizes a remarkable power density (138 mW cm-2) and durability (>666 h at 10 mA cm-2) in Zn-air batteries. This finding not only helps to design high-performance metal oxide heterointerfaces by tuning eg orbital occupancy and BIEF strength, but also deepens the understanding of the reaction mechanism.
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