Interfacial assembly of binary atomic metal-Nx sites for high-performance energy devices

催化作用 纳米笼 材料科学 功率密度 金属 化学工程 纳米技术 化学 冶金 功率(物理) 生物化学 物理 量子力学 工程类
作者
Zhe Jiang,Xuerui Liu,Xiaozhi Liu,Shuang Huang,Ying Liu,Ze‐Cheng Yao,Yun Zhang,Qinghua Zhang,Lin Gu,Lirong Zheng,Li Li,Jianan Zhang,Youjun Fan,Tang Tang,Zhongbin Zhuang,Jin‐Song Hu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:144
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37529-2
摘要

Abstract Anion-exchange membrane fuel cells and Zn–air batteries based on non-Pt group metal catalysts typically suffer from sluggish cathodic oxygen reduction. Designing advanced catalyst architectures to improve the catalyst’s oxygen reduction activity and boosting the accessible site density by increasing metal loading and site utilization are potential ways to achieve high device performances. Herein, we report an interfacial assembly strategy to achieve binary single-atomic Fe/Co-N x with high mass loadings through constructing a nanocage structure and concentrating high-density accessible binary single-atomic Fe/Co–N x sites in a porous shell. The prepared FeCo-NCH features metal loading with a single-atomic distribution as high as 7.9 wt% and an accessible site density of around 7.6 × 10 19 sites g −1 , surpassing most reported M–N x catalysts. In anion exchange membrane fuel cells and zinc–air batteries, the FeCo-NCH material delivers peak power densities of 569.0 or 414.5 mW cm −2 , 3.4 or 2.8 times higher than control devices assembled with FeCo-NC. These results suggest that the present strategy for promoting catalytic site utilization offers new possibilities for exploring efficient low-cost electrocatalysts to boost the performance of various energy devices.
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