P‐Bridging Asymmetry Diatomic Catalysts Sites Drive Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis for Zinc‐Air Batteries

双功能 过电位 电催化剂 催化作用 析氧 氧气 材料科学 化学 纳米技术 化学工程 电极 电化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Nan Wang,Riguo Mei,Liqiong Chen,Tao Yang,Gaoran Li,Xidong Lin,Qingxia Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202400327
摘要

Rechargeable zinc-air batteries (ZABs) rely on the development of high-performance bifunctional oxygen electrocatalysts to facilitate efficient oxygen reduction/evolution reactions (ORR/OER). Single-atom catalysts (SACs), characterized by their precisely defined active sites, have great potential for applications in ZABs. However, the design and architecture of atomic site electrocatalysts with both high activity and durability present significant challenges, owing to their spatial confinement and electronic states. In this study, a strategy is proposed to fabricate structurally uniform dual single-atom electrocatalyst (denoted as P-FeCo/NC) consisting of P-bridging Fe and Co bimetal atom (i.e., Fe-P-Co) decorated on N, P-co-doped carbon framework as an efficient and durable bifunctional electrocatalyst for ZABs. Experimental investigations and theoretical calculations reveal that the Fe-P-Co bridge-coupling structure enables a facile adsorption/desorption of oxygen intermediates and low activation barrier. The resultant P-FeCo/NC exhibits ultralow overpotential of 340 mV at 10 mA cm-2 for OER and high half-wave potential of 0.95 V for ORR. In addition, the application of P-FeCo/NC in rechargeable ZABs demonstrates enhanced performance with maximum power density of 115 mW cm-2 and long cyclic stability, which surpass Pt/C and RuO2 catalysts. This study provides valuable insights into the design and mechanism of atomically dispersed catalysts for energy conversion applications.
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