Layered Fe–N–C catalysts with axially coordinated single-atom sites induced by molten salts for oxygen reduction reaction

催化作用 共晶体系 材料科学 化学工程 电化学 氧还原反应 热解 无机化学 金属 氧气 碳纤维 功率密度 化学 过渡金属 电流密度 电池(电) 过程(计算) 密度泛函理论 氧还原 可逆氢电极 电极 轴对称性 氧化还原 法拉第效率 比表面积 催化剂载体 燃料电池
作者
Liqiu Liu,Meng Cao,Yao Wang,Shangfeng Du
出处
期刊: 卷期号:2 (2): 100068-100068 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.esen.2026.100068
摘要

Iron and nitrogen co-doped carbon (Fe–N–C) catalysts with atomically dispersed Fe-N x sites have shown great potential to replace Pt-based catalysts for the oxygen reduction reaction. In this work, a layer-structured Fe–N–C catalyst is synthesised using Fe-doped ZIF-8 precursor via molten salt-assisted pyrolysis with a KCl/ZnCl 2 eutectic mixture, which enables the transformation of bulk three-dimensional structures into two-dimensional layered sheets. The catalyst shows an axially coordinated Fe-N 5 structure, enhancing the surface area and active site exposure. Electrochemical measurement demonstrates superior ORR activity, showing a half-wave potential of 0.874 V vs. RHE in alkaline media. During a zinc–air battery test, a 43% higher peak power density is recorded than that of Pt/C. The structural formation process and catalytic performance enhancement mechanisms are also explored to provide further understanding for the design of highly efficient and scalable non-precious metal ORR catalysts. • Eutectic KCl/ZnCl 2 induces the 3D-to-2D transformation of Fe–N–C catalysts. • Morphological change modulates the coordination environment and forms Fe-N 5 sites. • Layered Fe–N–C shows enhanced ORR activity, with a E 1/2 of 0.874 V vs. RHE in 0.1 M KOH. • The as-prepared catalyst delivers 43% higher peak power density than Pt/C in zinc–air batteries.
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