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Ligand Thermal Reactivity Optimizing the Synergism of Mass Transfer and Catalysis Kinetics of Dual‐Phase Iron Components for High‐Efficiency Zinc‐Air Batteries

反应性(心理学) 材料科学 配体(生物化学) 热分解 电化学 催化作用 密度泛函理论 电子转移 动力学 化学工程 电池(电) 热解 化学物理 扩散 纳米颗粒 热稳定性 电极 分解 析氧 氧化还原 电催化剂 金属有机骨架 金属 自组装 纳米技术 化学动力学 可逆氢电极 活动站点 氧化物 分解水 多孔性
作者
Yujie Sun,Daijie Deng,Rong Hu,Sha Li,Rong Jin,Huiyan Cao,Jianping Gao,Yujun Si,Li Xu,Chaozhong Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78430
摘要

ABSTRACT The intrinsic pyrolysis behavior of organic ligands determines the performance of Fe‒N‒C oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts, yet its coupled effects on pore evolution and active species composition remain largely overlooked. Herein, imidazole‐, triazole‐, and tetrazole‐based ligands with distinct thermal reactivity are employed to construct Fe‒N‒C catalysts. Ligand‐dependent decomposition pathways precisely regulate hierarchical micro‐meso‐macroporous and the local coordination of Fe‒N x sites and Fe 3 O 4 nanoparticles for the Fe 3 O 4 /Fe‒N‒C catalyst. Optimized hierarchical pores can construct unobstructed channels for reactants, proton and electron transfer. In situ electrochemical spectroscopy and density functional theory calculations verify that the local electron modulation between Fe 3 O 4 nanoparticles and atomic Fe‒N x sites, together with rapid mass diffusion enabled by hierarchical porous structure, thus achieves weakening *OH adsorption, and conversion kinetics of oxygenated intermediates, further exhibiting an outstanding ORR half‐wave potential of that surpasses Pt/C. As the cathodic catalyst, the zinc‐air battery demonstrates an outstanding peak power density of 205 mW·cm − 2 and robust long‐term cycling stability with a charge‐discharge voltage gap of 0.80 V. This work demonstrates that ligand thermal reactivity serves as a key descriptor governing pore evolution and the local coordination of active sites, providing a reference strategy for high‐performance Fe‒N‒C electrocatalysts.
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