Three-phases Co/Co9S8/MnS heterostructures engineering for boosted ORR/OER activities in Zn–air batteries

材料科学 双功能 过电位 析氧 电子转移 异质结 化学工程 催化作用 介孔材料 相(物质) 纳米技术 光电子学 化学 电化学 光化学 物理化学 电极 工程类 有机化学
作者
Kaiyue Chen,Xingkun Wang,Canhui Zhang,Ren Xu,Huanlei Wang,Lei Chu,Minghua Huang
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:30: 101150-101150 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101150
摘要

Breakthroughs in the design of robust bifunctional oxygen reduction/evolution reaction (ORR/OER) catalysts could put Zn-air batteries (ZABs) performance to the summit, but remain full of challenges. In this work, the MnS phase was deliberately introduced into the Mott-Schottky Co/Co 9 S 8 for engineering a three-phases Co/Co 9 S 8 /MnS heterojunction on defect-rich N-doped mesoporous carbon substrate (Co/Co 9 S 8 /MnS-NMC). It affords abundant three-phases heterostructure interfaces that effectively accelerate the electron transfer and trigger further electronic structure reconfiguration, thus advancing the bifunctional ORR/OER activities. Benefiting from these structures, the Co/Co 9 S 8 /MnS-NMC possesses a half-wave potential of 0.84 V toward ORR and a low overpotential of 330 mV toward OER at a current density of 10 mA cm -2 , catching up with those of commercial Pt/C and RuO 2 catalysts. It also endows the ZABs with a good power density, round-trip efficiency and robust stability over 750 h, showcasing the promising potential in practical applications. This work not only provides a facile strategy to construct the three-phases heterojunction catalysts, but also sheds light on developing the efficient and robust nonprecious metal-based bifunctional ORR/OER catalysts. • The Co/Co 9 S 8 /MnS-NMC with three-phase heterojunction were constructed. • It provided abundant heterogeneous interfaces for accelerating the electron transfer and achieving the further electronic structure reconfiguration. • The advanced bifunctional ORR/OER activities and stability were achieved. • The Co/Co 9 S 8 /MnS-NMC-based ZABs affords a superior power density, a good round-trip efficiency and robust stability over 750 h.
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