S and O Co-Coordinated Mo Single Sites in Hierarchically Porous Tubes from Sulfur–Enamine Copolymerization for Oxygen Reduction and Evolution

双功能 化学 过电位 催化作用 析氧 介孔材料 双功能催化剂 硫黄 化学工程 金属 有机化学 物理化学 电极 工程类 电化学
作者
Yongzhi Zhao,Zili Zhang,Luan Liu,Yong Wang,Tong Wu,Wanjun Qin,Sijia Liu,Baorui Jia,Haoyang Wu,Deyin Zhang,Xuanhui Qu,Genggeng Qi,Emmanuel P. Giannelis,Mingli Qin,Shaojun Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (45): 20571-20581 被引量:102
标识
DOI:10.1021/jacs.2c05247
摘要

The highly efficient bifunctional catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) is the key to achieving high-performance rechargeable Zn-air batteries. Non-precious-metal single-atom catalysts (SACs) have attracted intense interest due to their low cost and very high metal atomic utilization; however, high-activity bifunctional non-precious-metal SACs are still rare. Herein, we develop a new nanospace-confined sulfur-enamine copolymerization strategy to prepare a new type of bifunctional Mo SACs with O/S co-coordination (Mo-O2S2-C) supported on the multilayered, hierarchically porous hollow tubes. The as-prepared catalyst can not only expose more active sites and facilitate mass transfer due to their combined micropores, mesopores, and macropores but also have the S/O co-coordination structure for optimizing the adsorption energies of the ORR intermediates. Its ORR activity is among the highest, and it shows a low overpotential of 324 mV for the OER at 10 mA cm-2 in all of the reported Mo-based catalysts. When assembled in a Zn-air battery, it exhibits a high maximal power density of 197.3 mW cm-2 and a long service life of 50 hours, superior to those of Zn-air batteries using commercial Pt/C+IrO2.
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