一个两合一的策略,同时提高Fe-N-C氧降低催化剂的现场密度和周转频率

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--碳 (Fe-N-C) 催化剂是氧降解反应中的有希望的替代品.
• 在Fe-N-C催化剂中同时优化站点密度 (SD) 和周转频率 (TOF) 仍然是一个重大挑战.
• 这些动态描述器对于确定Fe-N-C催化剂的整体活性至关重要.

研究的目的:

• 开发一种方法,同时提高Fe-N-C催化剂的位点密度和周转频率.
• 改进Fe-N-C催化剂的氧降解活性和性能,用于电化学应用.
• 调查 (NH4I) 处理对Fe-N-C催化剂性能的影响.

主要方法:

• 使用氨 (NH4I) 蒸汽的一步化学蒸汽沉积过程被采用.
• 在NH4I处理过程中,从现场释放的NH3中进行了蚀刻效应,以增加表面积和多孔性.
• 补充剂被纳入碳基质中,以调节Fe-N-C部分的电子结构.

主要成果:

• 经NH4I处理的Fe-N-C催化剂的位点密度增加了2倍 (2.15×10^19位点g^-1) 和旋转频率增加了3倍 (3.71电子位点^-1s^-1).
• 这导致12.78A g^-1的高质量活性,通过in-situ化物剥离来确定.
• 催化剂在中表现出优异的氧降解活性 (E1/2 = 0.924 V),在酸中表现出可接受的活性 (E1/2 = 0.795 V).
• 在空气电池中实现了249.1mW cm^-2的优异功率密度.

结论:

• NH4I处理有效地提高了Fe-N-C催化剂的位点密度和周转频率.
• 这种方法导致空气电池的氧气减少活性和性能显著改善.
• SD和TOF的联合优化为推进Fe-N-C催化剂技术提供了一个可行的策略.