Metal-free N, B, F ternary-doped carbon electrocatalyst for boosting the oxygen reduction reaction and high-performance zinc–air battery

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作者
Rui Su,Xinyue Tao,Kaitian Zheng,Long Jiao,Chi Zhang,Ruoxi Yang,Haijiao Xie,Meng Xiangjun,Chunjian Xu
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:225: 119125-119125 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.119125
摘要

Developing efficient metal-free carbon-based electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is significant and challenging to reduce the cost of fuel cells and metal–air batteries for large-scale applications. Herein, a novel metal-free N, B, F ternary-doped carbon electrocatalyst (FBNCΔ(1:6)-950) exhibited an excellent ORR performance with half-wave potential of 0.858 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE) via an almost exclusively four-electron transfer pathway in 0.1 M KOH, even better than the commercial Pt/C (20%). Moreover, the FBNCΔ(1:6)-950-based zinc-air battery (ZAB) shown an excellent power density of 147 mW cm−2 and long-term stability of 100 h. The FBNCΔ(1:6)-950 was constructed via pyrolyzing zeolite imidazole framework (ZIF-8) precursor containing at 950 °C under N2 to volatilize the Zn. According to the structural characterization and theoretical calculations, B and F from not only increased the number of active sites of pyridine-N by etching intact carbon matrix, but also co-modified part of pyridine-N to further optimize the electronic structure and reduce the adsorption energy of *OH, both of which together result in the excellent performance of FBNCΔ(1:6)-950. This work provides a fresh perspective on the advancement of highly active metal-free carbon-based electrocatalysts for the ORR and ZAB.
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