The cathode's oxygen reduction reaction (ORR) plays a crucial role in a variety of fuel cells. Developing affordable and efficient non-precious electrocatalysts for the ORR poses a major hurdle in the realm of electrochemical energy technologies. This work presents a transition metal-based catalyst, Fe-ONC, in which Fe is loaded in an oxygen-enriched nitrogen-doped carbon (NC) material. Oxygen enrichment of the catalyst was achieved by a pre-oxidation strategy. The XPS analysis reveals that Fe-ONC exhibits a higher abundance of oxidized species. The Fe of Fe-ONC exists in the form of Fe3O4 particles and Fe-Nx, respectively, which are uniformly distributed in the NC. The even spread of iron sites and the plentiful presence of oxygen-rich species are key factors in the superior ORR efficiency of Fe-ONC. Fe-ONC's half-wave potential (E1/2) in an alkaline environment (0.1 M KOH) stands at 0.891 V, markedly surpassing the standard commercial Pt/C value (0.840 V). Additionally, Fe-ONC demonstrated enhanced longevity and resistance to ethanol in comparison to commercially available Pt/C. Fe-ONC's outstanding efficacy highlights its potential as an alternative to precious metal catalysts. The document outlines a plan for creating ORR catalytic materials that are sustainable, economical, and efficient.

Highly efficient photoelectrocatalysts become one of the current research hotspots for overall water splitting, the design of heterojunctions with a wide response range to sunlight and efficient separation and migration of photo-generated carriers is challenging. Herein, a nanorod CoS2/MoS2/Ni3S2 photoelectrocatalyst with heterojunction is prepared by a one-step hydrothermal method. Under simulated solar irradiation, CoS2/MoS2/Ni3S2 exhibits excellent photoelectrocatalytic activity for OER, with overpotential of 166 mV and the cell voltage of 1.464 V at 10 mA cm-2, and the catalytic performance exhibited a slight decline after 12 hours of stable operation. In addition the STH efficiency reaches 6.6%. Experiments and DFT calculations demonstrate that CoS2 as a photoactive layer optimizes the light absorption properties of catalyst. Additionally, MoS2 as a co-catalyst modulates the d-band centers and the electronic structure of Co active site, reducing the energy barrier of the rate-determining step. Meanwhile, the II-type heterojunction formed by CoS2 and MoS2 can effectively promote the separation and migration of photo-generated carriers, which further enhances the photoelectrocatalytic OER performance. This work provides a novel insight to design photoelectrocatalysts with transition metal sulfide heterojunction for overall water splitting.

The construction of an integrated electrode with self-organized growth is of great significance in reducing the Pt loading and improving the performance of the membrane electrode assembly (MEA) in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Herein, the square-wave pulse electrodeposition method is used to grow Pt{510}CNC and Pt{720}CNC nanocrystals on carbon fiber paper (CFP)-based reduced graphene oxide (rGO/CFP) and nitrogen-doped reduced graphene oxide (N-rGO/CFP) supports, respectively. Experimental and density functional theory (DFT) calculations show that the introduction of N makes it easier for hydrogen to adsorb on Pt, and the arrangement order of more Pt atoms is disrupted by hydrogen, resulting in the formation of Pt concave nanocubes (Pt CNCs) with small interface angles (α), consisting of {720} facets with more atomic steps. Moreover, the catalytic activities of the prepared two catalysts for methanol oxidation are 3.17 and 2.35 times higher than that of commercial Pt/C, and the maximum power densities of direct methanol fuel cell (DMFC) are also better than that of commercial Pt/C. This work can provide important guidance for the future research of high-index facets noble metal nanocrystals for growth on the surface of defective carbon carriers as integrated electrodes in MEA.

Abstract Exploring advanced high‐performance electrode materials for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) is of enormous significance for the development and commercial application of AZIBs. Herein, nanoparticle assemble hollow structured Fe 3 O 4 @ZnFe 2 O 4 @NC/Mo 2 TiC 2 T x with excellent specific capacity and cycling performance is fabricated via a designed method, and an advanced strategy is First proposed to modulate charge storage performance. The superior specific capacity can be attributed to the enhanced electrochemical activity and reversibility, which are mainly achieved by in situ Zn adulteration to trigger the electron redistribution between Fe, Zn, and O atoms. Additionally, the unique structure and multiple components can provide plentiful active sites, ameliorating the affinity between electrode and electrolyte and facilitating electrochemical kinetics. The great cycling performance can be ascribed to the improved structural stability by loading two robust substrates of intimately coated carbon and MXene. Fe 3 O 4 @ZnFe 2 O 4 @NC/Mo 2 TiC 2 T x renders a distinctly higher specific capacity (364.4 mAh·g −1 ) than that of Fe 2 O 3 (92.2 mAh·g −1 ), Fe 3 O 4 @NC (211.2 mAh·g −1 ), and Fe 3 O 4 @ZnFe 2 O 4 @NC (276.8 mAh·g −1 ), as well as excellent cycling stability of 86.2% capacity retention over 1000 cycles. Moreover, the charge storage mechanism of the new electrode and the effects of structure and composition regulation are revealed by characterizations and computations.