Nonprecious Bimetallic Sites Coordinated on N‐Doped Carbons with Efficient and Durable Catalytic Activity for Oxygen Reduction

双金属片 催化作用 材料科学 兴奋剂 还原(数学) 氧还原 氧还原反应 化学 电化学 氧气 电极 有机化学 光电子学 几何学 数学 物理化学
作者
Shan Yuan,Li‐Li Cui,Zhiyu Dou,Xin Ge,Xingquan He,Wei Zhang,Tewodros Asefa
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (40): e2000742-e2000742 被引量:60
标识
DOI:10.1002/smll.202000742
摘要

Abstract Developing efficient, inexpensive, and durable electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is important for the large‐scale commercialization of fuel cells and metal–air batteries. Herein, a hierarchically porous bimetallic Fe/Co single‐atom‐coordinated N‐doped carbon (Fe/Co‐Nx‐C) electrocatalyst for ORR is synthesized from Fe/Co‐coordinated polyporphyrin using silica template‐assisted and silica‐protection synthetic strategies. In the synthesis, first silica nanoparticles‐embedded, silica‐protected Fe/Co‐polyporphyrin is prepared. It is then pyrolyzed and treated with acidic solution. The resulting Fe/Co‐Nx‐C material has a large specific surface area, large electrochemically active surface area, good conductivity, and catalytically active Fe/Co‐Nx sites. The material exhibits a very good electrocatalytic activity for the ORR in alkaline media, with a half‐wave potential of 0.86 V versus reversible hydrogen electrode, which is better than that of Pt/C (20 wt%). Furthermore, it shows an outstanding operational stability and durability during the reaction. A zinc–air battery (ZAB) assembled using Fe/Co‐Nx‐C as an air‐cathode electrocatalyst gives a high peak power density (152.0 mW cm−2) and shows a good recovery property. Furthermore, the performance of the battery is better than a corresponding ZAB containing Pt/C as an electrocatalyst. The work also demonstrates a synthetic route to a highly active, stable, and scalable single‐atom electrocatalyst for ORR in ZABs.

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