Asymmetric Coordination of Bimetallic Fe–Co Single-Atom Pairs toward Enhanced Bifunctional Activity for Rechargeable Zinc–Air Batteries

双功能 双金属片 催化作用 材料科学 Atom(片上系统) 无机化学 纳米技术 金属 化学 冶金 计算机科学 有机化学 嵌入式系统
作者
Zhitong Li,Xiongwei Zhong,Leyi Gao,Junjie Hu,Wenbo Peng,Xingzhu Wang,Guangmin Zhou,Baomin Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (20): 13006-13018 被引量:112
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c01342
摘要

The advancement of rechargeable zinc–air batteries (RZABs) faces challenges from the pronounced polarization and sluggish kinetics of oxygen reduction and evolution reactions (ORR and OER). Single-atom catalysts offer an effective solution, yet their insufficient or singular catalytic activity hinders their development. In this work, a dual single-atom catalyst, FeCo-SAs, was fabricated, featuring atomically dispersed N3–Fe–Co–N4 sites on N-doped graphene nanosheets for bifunctional activity. Introducing Co into Fe single-atoms and secondary pyrolysis altered Fe coordination with N, creating an asymmetric environment that promoted charge transfer and increased the density of states near the Fermi level. This catalyst achieved a narrow potential gap of 0.616 V, with a half-wave potential of 0.884 V for ORR (vs the reversible hydrogen electrode) and a low OER overpotential of 270 mV at 10 mA cm–2. Owing to the superior activity of FeCo-SAs, RZABs exhibited a peak power density of 203.36 mW cm–2 and an extended cycle life of over 550 h, exceeding the commercial Pt/C + IrO2 catalyst. Furthermore, flexible RZABs with FeCo-SAs demonstrated the promising future of bimetallic pairs in wearable energy storage devices.
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