Atomic defects engineering on Fe-N4 sites for boosting oxygen reduction by in-situ ZnO thermal etching strategy

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作者
Shengjie Wei,Lei Li,Ang Li,Lei Zhang,Haibo Hu,Dawei Pang,Qinghua Zhang,Hai Xiao,Wenxing Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:465: 142820-142820 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142820
摘要

Designing atomic defects engineering is significant for boosting the activity of metal catalytic sites. Herein, we constructed Fe-N4 sites on defective N-doped carbon catalyst (Fe-N4/def-CN) by in-situ ZnO thermal etching strategy. Compared with defect-free Fe-N4/CN, Fe-N4/def-CN had a half-wave potential (E1/2) of 0.920 V vs RHE for alkaline ORR with 50 mV increasing. We directly observed the ZnO in-situ disappearance, studied ZnO thermal etching effect on CN substrate and revealed the mechanism of carbon defect formation by in-situ environmental transmission electron microscopy (ETEM) and in-situ X-ray diffraction (XRD) measurements. Density functional theory (DFT) calculations demonstrated the easier formation of double carbon-atoms defects adjacent to Fe-N4 sites. The carbon-atoms defects and Zn-atom vacancies synergistically improved the ORR activity of Fe-N4 sites. This work provides a atomic-level insight to optimize the atomic defects engineering of metal-N4 sites, such as carbon-atoms defects and metal-atoms vacancies by in-situ ZnO thermal etching strategy.
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