An iron and lanthanide heterobimetallic coordination polymer derived electrocatalyst showing Enhanced activity and stability for oxygen reduction reaction

电催化剂 氧还原反应 镧系元素 化学 还原(数学) 配位聚合物 氧还原 氧气 聚合物 组合化学 物理化学 有机化学 电化学 电极 离子 几何学 数学
作者
Xin Liu,Pengpeng Guo,Kun-Zu Yang,Yong-Zhi Su,Chao Xu,Jin‐Gang Liu
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5dt00376h
摘要

It is desirable to develop noble-metal-free electrocatalysts with both excellent activity and stability for the oxygen reduction reaction (ORR) in clean energy conversion devices. Herein, we report an Fe, La co-doped FeLaNC electrocatalyst obtained by pyrolyzing a heterobimetallic coordination polymer [La2L3(CH3OH)4]∞ loaded on carbonized ZIF-8, which was synthesized from 1,1'-ferrocenedicarboxylic acid (H2L1) and lanthanum salt. The FeLaNC catalyst exhibited higher ORR activity with a half-wave potential (E1/2) of 0.874 V (vs. RHE) than the control catalyst FeNC (E1/2 = 0.864 V) without the La dopant as well as commercial 20 wt% Pt/C (E1/2 = 0.862 V) in 0.1 M KOH solution, and FeLaNC displayed excellent stability with negligible half-wave potential decay after 10 000 potential cycles. When FeLaNC was applied as a cathodic electrocatalyst in Zn-air batteries (ZABs), the open circuit voltage (OCV) and maximum power density (Pmax) of the FeLaNC-based ZABs reached 1.46 V and 130 mW cm-2, respectively, which were significantly higher than those of Pt/C (OCV = 1.41 V and Pmax = 120 mW cm-2). The introduction of La3+ into Fe-N-C catalysts not only promoted ORR activity by regulating the electron density of Fe-Nx sites but also enhanced the stability by eliminating the harmful radicals, which provided an effective approach to prepare high-performance and stable electrocatalysts to be applied in energy conversion devices.

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