Hybrid Fe‐N‐C Catalyst Integrating Single‐Atom Fe and Nanoscale CeO 2 towards Efficient Oxygen Reduction Reaction for Zinc‐Air Batteries †

化学 催化作用 氧还原反应 纳米尺度 纳米颗粒 氧气 碳纤维 电子转移 降级(电信) 氧还原 纳米技术 无机化学 工作(物理) 析氧 化学工程 能量密度 密度泛函理论 功率密度 储能 对偶(语法数字) 电催化剂 氧化还原
作者
Yangfan Pei,Jianfeng Zuo,Xiannong Tang,Longbin Li,Ting Hu,Dirk Lützenkirchen−Hecht,Kai Yuan,Yiwang Chen
出处
期刊:Chinese Journal of Chemistry [Wiley]
卷期号:44 (1): 80-88 被引量:6
标识
DOI:10.1002/cjoc.70315
摘要

Comprehensive Summary Developing high‐performance, durable, and cost‐effective oxygen reduction reaction (ORR) catalysts is essential for advancing next‐generation energy devices like zinc‐air batteries (ZABs). Herein, we engineer a hybrid Fe‐N‐C catalyst (FeSA‐Fe NP /CeO 2 @NC) integrating atomically dispersed Fe‐N x sites, Fe nanoparticles, and oxygen vacancy‐rich CeO 2 nanoparticles within a nitrogen‐doped carbon matrix. Interfacial charge transfer and oxygen vacancy‐mediated electron redistribution, synergistically enhanced by strong metal‐support interactions (SMSI), optimize the electronic configuration of Fe‐N x sites and reduce their electron density. The resulting catalyst exhibits exceptional ORR activity and stability, featuring a half‐wave potential of 0.925 V (vs. RHE) in alkaline media and minimal degradation (1% and 2.8% negative shifts after 10,000/20,000 cycles). In ZABs, it achieves a peak power density of 310.29 mW·cm –2 while sustaining stable operation for over 600 h. This work demonstrates dual role of CeO 2 in enhancing activity and stability, establishing a design principle for high‐performance electrocatalysts in energy conversion systems.
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