Graphene Nanosheet-Wrapped Mesoporous La0.8Ce0.2Fe0.5Mn0.5O3 Perovskite Oxide Composite for Improved Oxygen Reaction Electro-Kinetics and Li-O2 Battery Application

纳米片 材料科学 双功能 石墨烯 化学工程 介孔材料 电催化剂 析氧 复合数 电化学 钙钛矿(结构) 氧化物 无机化学 阴极 催化作用 电极 纳米技术 化学 复合材料 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Chelladurai Karuppiah,Chao‐Nan Wei,Natarajan Karikalan,Zong–Han Wu,Balamurugan Thirumalraj,Li-Fan Hsu,Srinivasan Alagar,Shakkthivel Piraman,Tai‐Feng Hung,Ying-Jeng Jame Li,Chun‐Chen Yang
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (4): 1025-1025 被引量:14
标识
DOI:10.3390/nano11041025
摘要

A novel design and synthesis methodology is the most important consideration in the development of a superior electrocatalyst for improving the kinetics of oxygen electrode reactions, such as the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) in Li-O2 battery application. Herein, we demonstrate a glycine-assisted hydrothermal and probe sonication method for the synthesis of a mesoporous spherical La0.8Ce0.2Fe0.5Mn0.5O3 perovskite particle and embedded graphene nanosheet (LCFM(8255)-gly/GNS) composite and evaluate its bifunctional ORR/OER kinetics in Li-O2 battery application. The physicochemical characterization confirms that the as-formed LCFM(8255)-gly perovskite catalyst has a highly crystalline structure and mesoporous morphology with a large specific surface area. The LCFM(8255)-gly/GNS composite hybrid structure exhibits an improved onset potential and high current density toward ORR/OER in both aqueous and non-aqueous electrolytes. The LCFM(8255)-gly/GNS composite cathode (ca. 8475 mAh g−1) delivers a higher discharge capacity than the La0.5Ce0.5Fe0.5Mn0.5O3-gly/GNS cathode (ca. 5796 mAh g−1) in a Li-O2 battery at a current density of 100 mA g−1. Our results revealed that the composite’s high electrochemical activity comes from the synergism of highly abundant oxygen vacancies and redox-active sites due to the Ce and Fe dopant in LaMnO3 and the excellent charge transfer characteristics of the graphene materials. The as-developed cathode catalyst performed appreciable cycle stability up to 55 cycles at a limited capacity of 1000 mAh g−1 based on conventional glass fiber separators.

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