S, N co-doped carbon nanotube encased Co NPs as efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for zinc-air batteries

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作者
Peng Rao,Yalin Liu,Yaqiong Su,Mingjun Zhong,Kun Zhang,Junming Luo,Jing Li,Chunman Jia,Yijun Shen,Chong Shen,Xinlong Tian
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:422: 130135-130135 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130135
摘要

For the practical application of metal-air batteries, developing high-active and low-cost bifunctional oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reduction (OER) catalysts is crucial and challenging. This study designed a unique ordered three-dimensional (3D) core–shell nanostructure bifunctional ORR and OER electrocatalysts consisting of Co nanoparticles (NPs) embedded in S, N co-doped carbon nanotubes (S,[email protected]). The prepared S,[email protected] exhibited excellent bifunctional electrocatalytic performance, with a high half-wave potential of 0.874 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) toward ORR, and a low overpotential of 276 mV at 10 mA·cm−2 for the OER. The unique core–shell nanostructure has delivered considerable durability and stability in the S,[email protected], demonstrating almost no change in the potential gap between the ORR and OER after more than 5000 cycles of the accelerated durability test. Moreover, the S,[email protected] serves as a high-active and low-price air–cathode catalyst for a rechargeable zinc-air battery, with a high peak power density of 171 mW·cm−2, and a long continuous charging-discharging ability. Based on mechanistic studies, the high activity of the S,[email protected] was derived from the suitable oxygen adsorption energy due to the effects from S, N co-doping. The outcomes from this study offer a novel strategy to prepare non-noble metal bifunctional oxygen catalysts for metal-air batteries.
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