Font Size: 

Oxygen reduction reaction (ORR), i.e., 2H2O + O2 + 4e−→  4OH− (in alkaline solution) or 4H + + O2 + 4e−→2H2O  (in acidic solution), significantly affects the electrochemical  performance of fuel cells and metal-air batteries.  Although a large thermodynamic driving force(E=1.2V RHE)  is available, the ORR is kinetically slow in the absence of  electrocatalysts. “Metal-free” catalysts exhibit better stability  than transition metal N-containing complexes because there are  no issues related to metal dissolution and poisoning as observed  from those metal-containing catalysts [1]. In particular,  doping carbon with heteroatoms with electronegativity different  from of C (c =2.55) may create a net positive charge  on adjacent carbon atoms. This effect makes such doped carbon  material catalysts readily facilitate the side-on O2 surface  adsorption, thus effectively weakening the O−O bonding [2]  and leading to a high ORR catalytic activity. However, their  insufficient catalytic ORR activity when compared with Pt-based catalysts still remains a great challenge. More  importantly, the resulting catalysts yield ORR activity in base  but poor ORR activity in acidic solutions [3,4]. On the basis  of these observations, we here report the remarkable  observation that N,Cl- and N, S-dual doped mesoporous  carbons are highly efficient for oxygen reduction reaction both  in alkaline and acidic electrolytes due to the dual active sites  mechanism originated from the synergy of  N and Cl, and N and  S elements.