From Cucurbit[7]Uril Armor‐Equipped Ferrocene to Nitrogen Self‐Doped Porous Carbon Hosting Fe Single Atoms and Atomic Clusters for ORR and Zinc‐Air Batteries

碳纤维 氮气 材料科学 二茂铁 多孔性 化学 无机化学 结晶学 金属 硫黄 固溶体 化学工程 星团(航天器) 光谱学 一氧化碳
作者
Tao Wu,Jie Yin,Shufei Zhu,黄海,Yiming Xie,Canzhong Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (25): e5762572-e5762572 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.5762572
摘要

ABSTRACT Achieving both high activity and metal loading of atomically dispersed metal sites in M─N─C catalysts remain a formidable challenge. Herein, we employ the macrocyclic supramolecule cucurbit[7]uril (CB[7]) as a nanocage precursor and ferrocene (Fc) as a metal source, respectively. Through spontaneous host–guest self‐assembly, an angstrom‐level space‐confined precursor (Fc@CB[7]) was constructed, providing a well‐defined molecular scaffold for oxygen electrocatalysts. The resulting Fc@CB[7] complex exhibits a cage‐with‐lid geometry, endowing it with the structural characteristics of a metal monatomic precursor. Upon coating the Fc@CB[7] complex with ternary eutectic salts (NaCl, KCl, ZnCl 2 , named TESs) and subjecting it to pyrolysis, we obtained a novel oxygen electrocatalyst, denoted Fe AC ─Fe SA /N─CBC 0.7 , featuring coexisting Fe atomic clusters and Fe single atoms. The deliberately designed Fe AC ─Fe SA /N─CBC 0.7 catalyst delivers a remarkable half‐wave potential ( E 1/2 ) of 0.915 V and outstanding Zn–air battery (ZAB) performance. Density functional theory (DFT) calculations identify the presence of Fe 7 clusters that modulate the local electronic configuration of Fe─N 4 sites and weaken *OH adsorption, thereby accelerating the oxygen reduction reaction (ORR) kinetics. This work not only paves a way between supramolecular chemistry and electrochemistry but also provides fundamental insights into the structure–activity relationship of Fe AC ─Fe SA /N─CBC 0.7 for ORR.
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