Synthesis of Fe–N–C Single-Atom Catalysts with a Facile Salt-Templated Strategy for Efficient and Stable Oxygen Reduction Reaction

催化作用 化学 热解 燃料电池 纳米技术 熔盐 还原(数学) 氧还原 氧气 反应条件 盐(化学) 热稳定性 化学工程 组合化学 氧还原反应 比表面积 体积热力学 材料科学 工作(物理) 氧化还原
作者
Runqi Liang,Jiayi Wang,Yuchen Zhai,Shuqi Ren,Jiahe Liu,Yachao Jin,Mingdao Zhang,Li Song
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (21): 15911-15921
标识
DOI:10.1021/acsaem.5c02447
摘要

The active Fe–N–C single-atom catalysts (Fe–N–C SACs) are considered the best alternatives to platinum-containing electrocatalysts for the application of metal–air batteries and fuel cells. However, several issues regarding facile preparation and stability still need to be resolved. This work proposes a facile molten NaCl-templated strategy to synthesize Fe–N–C SACs with Fe2O3 as the Fe source. The introduction of molten NaCl during pyrolysis generates abundant micropores, whose volume reaches a 3-fold enhancement over the NaCl-free sample. The specific surface area increases to 1617.8 m2 g–1, providing more accessible sites to host Fe atoms and improving mass transfer efficiency. The optimal Fe–N–C SACs demonstrate outstanding oxygen reduction reaction (ORR) activity with an exceedingly high half-wave potential of 0.91 V in alkaline media. They also overcome the dependence of activity and stability on the pH of the electrolyte. This work proposes an innovative approach to enable the systematic development of high-performance ORR catalysts, demonstrating the feasibility of employing salt templating for fabricating atomically dispersed catalysts.
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