当前位置:
X-MOL 学术
›
ACS Sustain. Chem. Eng.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Enhancing Oxygen Reduction Reaction Performance Through Abundant Single Fe Atoms for Advanced Zinc–Air Batteries
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2024-12-26 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c07276 Zirui Wu, Tieyu Hu, Zihui Fan, Yongying Wang, Yi Li, Juan Yang
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2024-12-26 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c07276 Zirui Wu, Tieyu Hu, Zihui Fan, Yongying Wang, Yi Li, Juan Yang
Iron- and nitrogen-codoped carbon (Fe–N–C) catalysts with Fe–N4 active sites offer a promising alternative to noble metal-based materials for the oxygen reduction reaction (ORR), which is essential for energy storage and conversion in applications such as fuel cells and metal–air batteries. This study presents a straightforward and scalable method to synthesize an efficient ORR electrocatalyst that consists of nitrogen-doped carbon and a high density of atomically dispersed single iron atoms, created through the pyrolysis of Fe-zeolitic imidazolate framework (Fe-ZIF-8) precursors. The Fe-ZIF-8 framework effectively restricts the migration and agglomeration of iron species, resulting in obtained Fe–N–C with conductive, mesoporous carbon structures and abundant Fe–N4 sites. This structure provides excellent electrocatalytic activity for the ORR, demonstrated by a positive onset potential of 0.985 V vs RHE and a half-wave potential of 0.905 V vs the reversible hydrogen electrode (RHE) in alkaline media, outperforming commercial Pt/C. Additionally, when used as the cathode in a zinc–air battery, the Fe–N–C catalyst delivers high maximum power densities of 170.1 mW cm–2, showcasing its potential for practical energy storage applications.
中文翻译:
通过丰富的单铁原子提高氧还原反应性能,用于先进的锌-空气电池
具有 Fe-N4 活性位点的铁和氮共掺杂碳 (Fe-N-C) 催化剂为氧还原反应 (ORR) 提供了一种有前途的贵金属基材料替代品,这对于燃料电池和金属-空气电池等应用中的能量储存和转换至关重要。本研究提出了一种简单且可扩展的方法来合成一种高效的 ORR 电催化剂,该方法由氮掺杂碳和高密度原子分散的单铁原子组成,通过热解 Fe-沸石咪唑酸盐框架 (Fe-ZIF-8) 前驱体产生。Fe-ZIF-8 框架有效地限制了铁种类的迁移和团聚,从而获得具有导电介孔碳结构和丰富的 Fe-N4 位点的 Fe-N-C。这种结构为 ORR 提供了出色的电催化活性,在碱性介质中,与 RHE 相比具有 0.985 V 的正起始电位,与可逆氢电极 (RHE) 相比,其半波电位为 0.905 V,优于商用 Pt/C。此外,当用作锌-空气电池中的阴极时,Fe-N-C 催化剂可提供 170.1 mW cm–2 的高功率密度, 展示了其在实际储能应用中的潜力。
更新日期:2024-12-26
中文翻译:
通过丰富的单铁原子提高氧还原反应性能,用于先进的锌-空气电池
具有 Fe-N4 活性位点的铁和氮共掺杂碳 (Fe-N-C) 催化剂为氧还原反应 (ORR) 提供了一种有前途的贵金属基材料替代品,这对于燃料电池和金属-空气电池等应用中的能量储存和转换至关重要。本研究提出了一种简单且可扩展的方法来合成一种高效的 ORR 电催化剂,该方法由氮掺杂碳和高密度原子分散的单铁原子组成,通过热解 Fe-沸石咪唑酸盐框架 (Fe-ZIF-8) 前驱体产生。Fe-ZIF-8 框架有效地限制了铁种类的迁移和团聚,从而获得具有导电介孔碳结构和丰富的 Fe-N4 位点的 Fe-N-C。这种结构为 ORR 提供了出色的电催化活性,在碱性介质中,与 RHE 相比具有 0.985 V 的正起始电位,与可逆氢电极 (RHE) 相比,其半波电位为 0.905 V,优于商用 Pt/C。此外,当用作锌-空气电池中的阴极时,Fe-N-C 催化剂可提供 170.1 mW cm–2 的高功率密度, 展示了其在实际储能应用中的潜力。