Regulating electron region of central Fe atom in iron phthalocyanine by N, S-doped carbon nanofibers as efficient oxygen reduction catalysts for high-performance Zn-air battery

催化作用 酞菁 氧气 电池(电) 兴奋剂 材料科学 碳纤维 氧还原 氧还原反应 电子 Atom(片上系统) 氧原子 纳米纤维 无机化学 还原(数学) 化学 光化学 化学工程 电极 纳米技术 分子 物理化学 电化学 有机化学 复合材料 功率(物理) 光电子学 数学 几何学 计算机科学 嵌入式系统 工程类 物理 复合数 量子力学
作者
Shuhui Tao,Songmin Xiang,Yaqing Yu,Hong Lan,Can Liu,Jie Zhang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:220: 118893-118893 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.118893
摘要

Rational design effective and durable non-noble metal-based oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalyst is significant and urgent. Herein, the nanostructure consisting of monomeric FePc and one-dimensional N, S co-doped carbon nanofiber (NSCNF) modified with CeO2 was synthesized based on the rational strategy and component regulation. Specifically, the wrapped CeO2 nanoparticles optimize the chemical environment of composite. NSCNF further modulates the electronic environment of iron centers of FePc for accelerating the electron transfer and optimizes the free energies of oxygen intermediates. The resulting FePc@CeO2/NSCNF provides the distinct conductive pathway, high mechanical, and chemical stability, thus preventing the aggregation and dissolution of the active Fe sites during the reaction. More importantly, the S, N-doped carbon, uniform dispersion of Fe sites, and CeO2 synergistically contribute to the overall ORR performance. As expected, the FePc@CeO2/NSCNF demonstrates excellent ORR activity with the onset potential (Eonset) of 1.00 V, half-wave potential (E1/2) of 0.89 V, and good durability. Furthermore, the assembled rechargeable aqueous and flexible solid-state Zn-air batteries using FePc@CeO2/NSCNF electrode deliver outstanding battery performance and good cycling stability, indicative of its potential feasibility for next-generation electronic devices.
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