Heteroatom Sulfur-Modified ZIF-8 Derived Zn, N Co-Doped Carbon Nanocages as Highly Efficient ORR Catalysts for Zn-Air Batteries

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作者
Guang Li,Xiangmei Tang,Kuang Sheng,Can Fang,Yiduo Zeng,Zhaomin Lu,Yaping Wang,Hu Zhou,Qingfeng Yi
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:171 (6): 066502-066502 被引量:7
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ad5380
摘要

Carbon-based electrocatalysts derived from zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) have garnered significant attention, owing to their structural advantages, high surface area, and tunable active sites. Herein, we report the synthesis of heteroatom sulfur (S) modified ZIF-8 derived carbon nanocages (ZnS@N/S-C) for oxygen electrocatalysis through self-assembly and two-step pyrolysis. The resultant ZnS@N/S-C exhibits catalytic activity towards oxygen reduction reaction (ORR) with high half-wave potential (0.86 V) and stability (91.4%), separately, which is comparable to or superior to Pt/C. Furthermore, the application of ZnS@N/S-C as a cathode for Zn-air batteries (ZABs) demonstrates performance metrics such as an open-circuit voltage of 1.407 V, a power density of 114.4 mW cm −2 , and a specific capacity of 764.6 mAh g Zn −1 , etc surpassing Pt/C. The performance of ZnS@N/S-C can be attributed to the fact that the introduction of S significantly increases the specific surface area, pore volume, and defect extent of the catalyst, while optimizing the electronic structure and generating ZnS active nanocrystals. This work employs a simple sulfurization strategy to enhance the ORR activity of ZIF-8-derived Zn-based catalysts with fully filled 3d orbitals, providing guidance for the development of such materials.
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