Vacancy-Enhanced Sb–N4 Sites for the Oxygen Reduction Reaction and Zn–Air Battery

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作者
Ying Zhang,Zhiwen Chen,Xu Liu,Zi Wen,Chandra Veer Singh,Chun Cheng Yang,Qing Jiang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (14): 4291-4299 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00808
摘要

With the advantages of a Fenton-inactive characteristic and unique p electrons that can hybridize with O2 molecules, p-block metal-based single-atom catalysts (SACs) for the oxygen reduction reaction (ORR) have tremendous potential. Nevertheless, their undesirable intrinsic activity caused by the closed d10 electronic configuration remains a major challenge. Herein, an Sb-based SAC featuring carbon vacancy-enhanced Sb–N4 active centers, corroborated by the results of high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy and X-ray absorption fine structure, has been developed for an incredibly effective ORR. The obtained SbSA–N–C demonstrates a positive half-wave potential of 0.905 V and excellent structural stability in alkaline environments. Density functional theory calculations reveal that the carbon vacancies weaken the adsorption between Sb atoms and the OH* intermediate, thus promoting the ORR performance. Practically, the SbSA–N–C-based Zn–air batteries achieve impressive outcomes, such as a high power density of 181 mW cm–2, showing great potential in real-world applications.
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