Universal Synthesis of Half‐Metallic Diatomic Catalysts for Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysis

双原子分子 催化作用 电催化剂 金属 材料科学 锌 氧气 密度泛函理论 铁质 无机化学 化学工程 化学 物理化学 冶金 计算化学 电极 分子 电化学 有机化学 工程类
作者
Yuechao Yao,Tao Jiang,Sung Yul Lim,Cathrine Frandsen,Zhangjian Li,Yibo Dou,Feiyan Wu,Jibo Qin,Jizhao Zou,Eugen Stamate,Wenjing Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (49) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202304655
摘要

Abstract Developing efficient and low‐cost noble‐free metal electrocatalysts is an urgent requirement. Herein, a one‐step, solid‐state template‐assisted method for fabricating isolated half‐metallic diatomic M, Zn─N─C (M═Fe, Co, and Ni) catalysts is reported. In particular, the fabricated Fe, Zn─N─C structure exhibits superior oxygen reduction reaction capabilities with a half‐wave potential of 0.867 V versus RHE. The Mossbauer spectra reveal that the Fe, Zn─N─C half‐metallic diatomic catalyst has a large proportion of the D2 site (ferrous iron with a medium spin state). Density functional theory (DFT) reveals that in Fe, Zn─N─C structures, the zinc sites play a unique role in accelerating the protonation process of O 2 in ORR. In assembled zinc–air batteries, a maximum power density of 138 mW cm −2 and a capacity of 748 mAh g zn −1 can be obtained. This work fabricates a series of efficient M, Zn─N─C diatomic electrocatalysts, and the developed solid‐state reaction method can hopefully apply in other energy conversion and storage fields.

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