Fluorine‐lodged high‐valent high‐entropy layered double hydroxide for efficient, long‐lasting zinc‐air batteries

氢氧化物 双功能 催化作用 材料科学 氧气 析氧 金属氢氧化物 金属 化学工程 无机化学 化学 物理化学 电化学 电极 冶金 生物化学 有机化学 工程类
作者
Bo Li,Jing Zhong,Li Wang,Jialun Gu,Fucong Lyu,Shengmei Chen,Haikun Wu,Lanxi Li,Chunyi Zhi,Jian Lü,Yang Yang Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202410978
摘要

Efficient and stable bifunctional oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) catalysts are urgently needed to unlock the full potential of zinc‐air batteries (ZABs). High‐valence oxides (HVOs) and high entropy oxides (HEOs) are suitable candidates for their optimal electronic structures and stability but suffer from demanding synthesis. Here, a low‐cost fluorine‐lodged high‐valent high‐entropy layered double hydroxide (HV‐HE‐LDH) (FeCoNi2F4(OH)4) is conveniently prepared through multi‐ions co‐precipitation, where F‐ are firmly embedded into the individual hydroxide layers. Spectroscopic detections and theoretical simulations reveal high valent metal cations are obtained in FeCoNi2F4(OH)4, which enlarge the energy band overlap between metal 3d and O 2p, enhancing the electronic conductivity and charge transfer, thus affording high intrinsic OER catalytic activity. More importantly, the strengthened metal‐oxygen (M‐O) bonds and stable octahedral geometry (M‐O(F)6) in FeCoNi2F4(OH)4 prevent structural reorganization, rendering long‐term catalytic stability. Furthermore, an efficient three‐phase reaction interface with fast oxygen transportation was constructed, significantly improving the ORR activity. ZABs assembled with FeCoNi2F4(OH)4@HCC (hydrophobic carbon cloth) cathodes deliver a top performance with high round‐trip energy efficiency (60.6% at 10 mA cm‐2) and long‐term stability (efficiency remains at 58.8% after 1050 charge‐discharge cycles).
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