A pH-universal ORR catalyst with atomic Fe-heteroatom (N, S) sites for high-performance Zn-air batteries

催化作用 杂原子 阴极 材料科学 化学工程 密度泛函理论 化学 物理化学 计算化学 有机化学 工程类 戒指(化学)
作者
Le Li,Na Li,Jiawei Xia,Shilong Zhou,Xingyue Qian,Fengxiang Yin,Dai Guo-hong,Guangyu He,Haiqun Chen
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (7): 9416-9425 被引量:57
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5625-y
摘要

Developing innovative, easy-to-manufacture, and non-Pt-group-metal (non-PGM) electrocatalysts is essential for the highly efficient oxygen reduction reaction (ORR). Herein, we report a self-sacrificing post-synthetic strategy to synthesize highly loaded Fe-isolated single atoms anchored on the hierarchical porous N,S co-doped carbon matrix (Fe-SAs/S,N-C/rGO). The optimized Fe-SAs/S,N-C/rGO exhibits excellent ORR activity in the pH-universal range with half-wave potentials of 0.89, 0.80, and 0.60 V in alkaline, acidic, and neutral media, comparable to the commercial Pt/C (0.85, 0.81, and 0.64 V, respectively). The homemade liquid Zn-air battery (ZAB) with Fe-SAs/S,N-C/rGO as the cathode catalyst displays an open-circuit voltage (OCV) of ∼ 1.61 V, discharging specific capacity of 817.23 mAh·g−1, and long-term durability of ∼ 1865 cycles, outperforming those of the device with commercial Pt/C+RuO2 (1.49 V, 657.32 mAh·g−1, and ∼ 120 cycles, respectively). Intriguingly, the corresponding flexible solid-state ZAB delivers satisfactory OCV, peak power density, foldability, and cycling stability at room temperature, as well as adaptability at a low temperature of −10 °C. Besides, density functional theory (DFT) calculation reveals that the atomic FeN3S moieties in Fe-SAs/S,N-C/rGO can cause charge redistribution and lower the binding strength of oxygen-containing intermediates, resulting in accelerated ORR kinetics and optimized catalytic activity. This work provides insights into experimental and theoretical guidance towards non-PGM electrocatalysts for efficient energy conversion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Doraemon-2077完成签到,获得积分10
1秒前
木木余发布了新的文献求助10
2秒前
爆米花应助xiaxia采纳,获得10
3秒前
风轻完成签到 ,获得积分10
4秒前
华仔应助毅诚菌采纳,获得10
4秒前
happy发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
6秒前
6秒前
清脆秋玲完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
舒心砖头发布了新的文献求助20
8秒前
blUe完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
11秒前
香橙发布了新的文献求助10
11秒前
无私的亦巧完成签到,获得积分10
11秒前
所所应助Tetrahydron采纳,获得10
11秒前
木村修发布了新的文献求助10
13秒前
sjdhasj完成签到,获得积分20
13秒前
斯文败类应助徐1采纳,获得10
13秒前
奋斗人雄完成签到,获得积分0
14秒前
buqi完成签到,获得积分10
14秒前
陈佳完成签到 ,获得积分10
14秒前
刘牛子发布了新的文献求助10
14秒前
Xc完成签到,获得积分10
15秒前
感动函完成签到 ,获得积分10
15秒前
一一完成签到,获得积分10
15秒前
DO完成签到,获得积分10
15秒前
谨慎水蓝发布了新的文献求助10
16秒前
我我我完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
摩天轮完成签到 ,获得积分10
16秒前
16秒前
18秒前
18秒前
李爱国应助宋宋采纳,获得10
18秒前
郭囯完成签到,获得积分10
18秒前
领导范儿应助KeyNes采纳,获得10
19秒前
领导范儿应助木木余采纳,获得10
19秒前
高分求助中
Psychopathic Traits and Quality of Prison Life 1000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 660
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6451729
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8263452
关于积分的说明 17608388
捐赠科研通 5516377
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2903719
邀请新用户注册赠送积分活动 1880647
关于科研通互助平台的介绍 1722664