Fe2O3/Fe/Fe-N multidimensional cross-linked composite enhancing oxygen reduction reaction of al-air batteries: Oxygen vacancies and bandgap engineering

催化作用 氧气 材料科学 沸石咪唑盐骨架 咪唑酯 空位缺陷 复合数 电化学 碳纳米管 化学工程 带隙 纳米技术 无机化学 化学 金属有机骨架 电极 物理化学 复合材料 吸附 结晶学 光电子学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Xiaoqi Zhao,Yingxiao Li,Xue Zhang,Yanfang Gao,Ling Liu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:638: 158050-158050 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158050
摘要

Surface oxygen vacancy increases active site numbers, and multidimensional cross-linked structure improves the exposure of active sites. Thereby, they can enhance the oxygen reduction reaction (ORR) performance of Fe-N-C catalysts effectively. Herein, Fe(NO3)3·9H2O and carbon nanotubes (CNTs) were introduced into zeolitic imidazolate framework nano leaves (ZIF-L) to prepare multidimensional cross-linked Fe-N-CNTs with surface oxygen vacancies through co-pyrolysis at the high-temperature. As expected, the synthesized multidimensional cross-linked Fe-N-CNTs-900-0.2 composite rich in oxygen vacancies increased the conduction band potential and improved the reducing capacity. Thus, Fe-N-CNTs-900-0.2 possessed a better ORR electrochemical performance (half-wave potential = 0.892 V vs. RHE) that surpass the Pt/C catalysts. Moreover, the Al-air batteries containing Fe-N-CNTs-900-0.2 displayed a higher maximum power density than those of Pt/C catalysts. The electronic band structure shows that Fe-N-CNTs-900-0.2 rich in oxygen vacancy concentration has higher conduction band potential and effectively improves the activity of ORR catalysts. This work innovatively proposes that the joint work of multidimensional cross-linked structure and oxygen defects is an effective method to enhance the ORR performance and clarifies its internal reaction mechanism, which provides a new idea to design and preparer Fe-N-C catalysts.

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