Job-synergistic engineering from Fe3N/Fe sites and sharp-edge effect of hollow star-shaped nitrogen-doped carbon structure for high-performance zinc-air batteries

过电位 催化作用 析氧 材料科学 化学工程 沸石咪唑盐骨架 电催化剂 贵金属 纳米颗粒 金属 化学 纳米技术 金属有机骨架 电极 电化学 物理化学 冶金 吸附 有机化学 工程类
作者
Kaixin Wang,Chao Qiu,Zhengyi Wang,Qilan Chen,Jiajie Pan,Junhao Li,Ming Wu,Huafeng Dong,Kaixiang Shi,Quanbing Liu
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:214: 118333-118333 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2023.118333
摘要

Due to the limited sources, high cost, and poor long-term stability of noble metal catalysts, the large-scale commercial application of zinc-air batteries has been restricted. Therefore, designing non-noble metal catalysts with excellent activity and stability for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) blossoms in the ascendant. Herein, we report a hollow star-shaped dual-functional electrocatalyst with uniform and dispersed Fe3N/Fe nanoparticles derived from zeolitic imidazolate framework (ZIFs) by a simple sacrificial template strategy. This hollow structure has the characteristics of low density, thin shell, and high permeability, and its internal cavity not only provides additional three-phase interfaces to accelerate O2 reduction and evolution but also promotes the diffusion of reactants onto the catalyst. By controlling the input amount of iron metal salt, the dispersion degree of FeNP can be effectively adjusted, and the generated Fe3N introduces abundant Fe-NX active sites. Density functional theory calculations show that the strong affinity between Fe3N and FeNP is favorable for promoting the oxygen intermediate reaction, achieving a job-synergistic catalytic effect and high reaction kinetics. The synthesized Fe3N/FeNP-N-C-3.3% exhibits excellent dual-functional activity for OER and ORR, with a high half-wave potential of 0.867 V for ORR (better than the commercial Pt/C of 0.82 V) and an overpotential of only 294 mV for OER at 10 mA cm−2. The rechargeable Zn-air battery prepared with Fe3N/FeNP-N-C-3.3% as an air cathode shows a long-term cycling performance of over 750 h and a maximum power density of 205 mW cm−2. The flexible Zn-air battery has a high open-circuit voltage of 1.48 V and a maximum power density of 52.6 mW cm−2, showing glamorous commercial prospects.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
831143完成签到 ,获得积分0
刚刚
1秒前
safari完成签到 ,获得积分10
1秒前
yingzaifeixiang完成签到 ,获得积分10
2秒前
3秒前
自然冥幽完成签到,获得积分10
3秒前
披着羊皮的狼完成签到,获得积分0
4秒前
球球完成签到,获得积分10
4秒前
楚楚完成签到 ,获得积分10
5秒前
初见完成签到 ,获得积分10
5秒前
禾禾禾完成签到,获得积分10
5秒前
秘书完成签到 ,获得积分10
7秒前
小五完成签到 ,获得积分10
7秒前
8秒前
熊雅完成签到,获得积分10
9秒前
11秒前
kyt完成签到 ,获得积分10
11秒前
争当科研巨匠完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
尹冰露完成签到,获得积分10
14秒前
安静严青完成签到 ,获得积分10
16秒前
热心市民小杨应助云山采纳,获得10
16秒前
ice完成签到 ,获得积分10
17秒前
饱满芷卉完成签到,获得积分10
17秒前
子苓完成签到 ,获得积分10
17秒前
左西完成签到 ,获得积分10
17秒前
哎呀完成签到,获得积分10
17秒前
lalala发布了新的文献求助10
18秒前
起风了完成签到 ,获得积分10
20秒前
jixuchance完成签到,获得积分10
20秒前
长情琦完成签到,获得积分10
20秒前
斯奈克完成签到,获得积分10
20秒前
步步高完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
Ray完成签到 ,获得积分10
21秒前
感性的俊驰完成签到 ,获得积分10
23秒前
24秒前
byby完成签到,获得积分10
25秒前
27秒前
西宁完成签到,获得积分10
27秒前
高分求助中
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 5000
Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics 3000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Propeller Design 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
First commercial application of ELCRES™ HTV150A film in Nichicon capacitors for AC-DC inverters: SABIC at PCIM Europe 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 化学工程 生物化学 物理 计算机科学 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 细胞生物学 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6005013
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7526596
关于积分的说明 16112259
捐赠科研通 5150496
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2759785
邀请新用户注册赠送积分活动 1736819
关于科研通互助平台的介绍 1632124