Single‐Atom Co Meets Remote Fe for a Synergistic Boost in Oxygen Electrocatalysis

电催化剂 材料科学 氧气 Atom(片上系统) 氧原子 析氧 燃料电池 纳米技术 化学工程 物理化学 电化学 计算机科学 电极 物理 化学 工程类 嵌入式系统 量子力学 分子
作者
Zongge Li,Wenjun Kang,Jingkai Lin,Rui Li,Konggang Qu,Suyuan Zeng,Lei Wang,Fanpeng Meng,Huayang Zhang,Haibo Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (21) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/aenm.202500617
摘要

Abstract The oxygen electrocatalytic activity of transition metal catalysts can be tuned by tailoring their microstructure to optimize electronic configuration. Here, a one‐step Coordination‐Selective Synthesis strategy is developed to integrate Co single‐atom sites and Fe‐based nanoparticles within the same matrix, enabling long‐range electronic interactions that enhance Co‐N 4 reactivity and improve oxygen reduction reaction performance. X‐ray absorption spectroscopy confirmed that remote Fe‐based nanoparticles modulate the electron distribution at Co‐N 4 sites. Structural characterizations reveal that the optimal catalyst, Co 50% Fe 50% ‐NC, contains metallic Fe, Fe 3 O 4 , and Fe 4 N species. Electrochemical measurements show that it achieves onset and half‐wave potentials of 0.984 and 0.927 V versus RHE, surpassing Co 100% ‐NC with only Co‐N 4 sites. Additionally, it demonstrates efficient oxygen evolution reaction performance, achieving an overpotential of 298 mV at 20 mA cm −2 , comparable to RuO 2 . Density functional theory calculations reveal that Fe 4 N optimizes O‐containing intermediate adsorption/desorption, lowering the theoretical overpotential. Zn‐air batteries assembled with Co 50% Fe 50% ‐NC exhibited superior performance to Pt/C, highlighting its potential for bifunctional oxygen electrocatalysis. This study provides an approach for designing high‐performance catalysts by utilizing synergistic interactions between atomic and nanoscale metal species.
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