Co nanoparticles and ZnS decorated N, S co-doped carbon nanotubes as an efficient oxygen reduction catalyst in zinc-air batteries

催化作用 沸石咪唑盐骨架 材料科学 化学工程 纳米颗粒 电化学 阴极 热解 X射线光电子能谱 吸附 纳米技术 无机化学 化学 金属有机骨架 电极 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Kexin Huang,Wanqing Zhang,Rajkumar Devasenathipathy,Zhongyun Yang,Xiaoxia Zhang,Xiaoqu Wang,Du‐Hong Chen,Youjun Fan,Wei Chen
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:46 (58): 30090-30100 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2021.06.109
摘要

The economical, efficient and durable oxygen reduction catalysts facilitate the enhancement of electrochemical energy devices competitiveness towards widespread applications. In view of this, we provide an innovative sulfuration inducing method for the synthesis of ZnS and cobalt nanoparticles decorated N, S co-doped CNTs (ZnS/Co-NSCNTs) catalyst. S introduced into the zinc-based zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-8) and cobalt-based zeolitic imidazolate frameworks (ZIF-67) precursors via pyrolysis, and induced the generation of ZnS/Co-NSCNTs have been confirmed by XRD, SEM, TEM, and XPS techniques. The key features including activity sites, transfer channels and adsorption energy back up the excellent electrocatalytic activity of the as-prepared ZnS/Co-NSCNTs towards oxygen reduction reactions (ORR). ZnS/Co-NSCNTs additionally exhibited a positive half-wave potential of 0.871 V (vs. RHE) with improved current density towards ORR. In alkaline medium, ZnS/Co-NSCNTs catalyst displayed a high tolerance towards methanol and an excellent long-term cycling stability. The observed onset potential for our prepared ZnS/Co-NSCNTs catalyst is analogous with the commercially available noble metal catalysts. Also, ZnS/Co-NSCNTs catalyst as a cathode in zinc-air battery displayed an enhanced electrochemical performance with a highly specific capacity of 750.1 mAh g−1, outstanding cycling stability, and high rate behavior. This work provides a new approach for the construction of stable low-cost alternative air-cathode catalysts for other energy conversion and storage applications.
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