在层次的多孔空洞纳米碳中,N和S双协调的Fe单个原子用于高效的氧降解
Linfang Cui1, Jie Hao2, Yan Zhang3
1Shenzhen Key Laboratory of Polymer Science and Technology, Guangdong Research Center for Interfacial Engineering of Functional Materials, Shenzhen Key Laboratory of Energy Electrocatalytic Materials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, 1066 Xueyuan Avenue, Shenzhen 518055, PR China.
Journal of colloid and interface science
|July 12, 2023
概括
在N,S-化空心碳上的硫改铁单原子催化剂表现出优越的氧降解反应活性. 这些电催化剂对高性能空气电池和燃料电池充满希望.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 铁和共碳 (FeNC) 电催化剂正在被探索为氧降解反应 (ORR) 的替代品.
- 提高FeNC催化剂的内在活性和Fe活性部位暴露仍然是一个挑战.
研究的目的:
- 通过修改Fe单原子催化剂 (SACs) 来开发ORR的高度活性和稳定的电催化剂.
- 研究这些催化剂在储能和转换装置,特别是Al-air电池和直接甲醇燃料电池中的性能.
主要方法:
- 用硫修饰的Fe单原子催化剂 (Fe/NS-C) 在N,S-co-doped空洞多孔纳米碳上结的合成.
- 对于ORR活动的Fe/NS-C催化剂的电化学表征.
- 使用Fe/NS-C作为阴极催化剂制造和测试Al-空气电池 (AAB).
- 评估Fe/NS-C作为直接甲醇燃料电池 (DMFC) 中的阴极催化剂.
- 使用实验和理论计算来理解催化机制.
主要成果:
- Fe/NS-C电催化剂表现出高ORR活性,半波潜力为0.893V与RHE相比,超过商业Pt/C.
- 基于Fe/NS-C的AAB实现了1.48V的高开通电路电压和140.16mWcm-2的最大功率密度,超过了基于Pt/C的AAB.
- 催化剂在AAB中显示出令人满意的耐用性.
- 铁/NS-C作为DMFCs的阴极催化剂具有相当大的潜力.
结论:
- 独特的空洞结构和Fe/NS-C的高表面积有助于质量/电子传输和Fe单原子暴露.
- 优秀的ORR性能归因于高度活跃的FeN3S位点和独特的空心纳米碳结构.
- 这项工作为设计用于能源转换和储存设备的高性能ORR电催化剂提供了洞察力.
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