Atomically dispersed antimony on N-doped carbon for highly efficient oxygen reduction reaction

氧还原反应 氧气 兴奋剂 电化学 还原(数学) 材料科学 化学工程 碳纤维 无机化学 化学 光电子学 物理化学 有机化学 电极 工程类 复合材料 几何学 复合数 数学
作者
Dan Zhang,Xing Xie,Panpan Sun,Yongan Wei,Tao Gong,Niu Huang,Xiaowei Lv,Liang Fang,Xiaohua Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:439: 135700-135700 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135700
摘要

• A series of atomically dispersed Sb-N-C catalysts are prepared via a facile adsorption-pyrolysis strategy. • Atomically dispersed Sb are stabilized by N atoms in terms of Sb-N 5 configuration. • Self-evaporation of Sb during synthesis could create abundant micro/meso-pores. • Sb-N 5 sites enable Sb-N-C catalysts outstanding oxygen reduction reaction activity. • Abundant micro/ meso -pores enable Sb-N-C catalysts enhanced mass transport. Main-group metal based single-atom catalysts are attracting increasing research attention in electrochemical catalysis owing to their partially occupied valence p-orbitals. Herein, we report a series of atomically dispersed Sb-N-C catalysts (including Sb-N-C NP , Sb-N-C NL and Sb-N-C NT ) synthesized by a facile adsorption-pyrolysis strategy for oxygen reduction reaction (ORR). Apart from generating atomically dispersed Sb-N 5 sites as active centers, self-evaporation of Sb during pyrolysis process has created abundant micro/meso-pores in Sb-N-C catalysts. Benefitting from these advantageous features, Sb-N-C presents outstanding ORR activity (Sb-N 5 sites) and efficient mass transport (micro/meso-pores). By rotating disk electrode (RDE) test in alkaline media, Sb-N-C exhibits a most positive half-wave potential of 0.90 V vs. RHE and a highest kinetic current density up to 43.8 mA cm −2 at 0.85 V vs. RHE. As gas diffusion electrode (GDE), Sb-N-C NP0.2 demonstrates fast O 2 diffusion and transport that enables smaller mass transport overpotential at high current densities up to 800 mA cm −2 . Finally, Zn-air battery that uses the Sb-N-C NP catalyst as air electrode achieves a maximum power density of 180 mW cm −2 and more than 1000 hs of continuous operation. This work further demonstrates the excellent performance of main-group Sb single-atom catalyst toward ORR and applications in practical energy conversion devices.
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