An Efficient Bifunctional Electrocatalyst for a Zinc–Air Battery Derived from Fe/N/C and Bimetallic Metal–Organic Framework Composites

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作者
Mengfan Wang,Tao Qian,Jinqiu Zhou,Chenglin Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (6): 5213-5221 被引量:114
标识
DOI:10.1021/acsami.6b12197
摘要

Efficient bifunctional electrocatalysts with desirable oxygen activities are closely related to practical applications of renewable energy systems including metal-air batteries, fuel cells, and water splitting. Here a composite material derived from a combination of bimetallic zeolitic imidazolate frameworks (denoted as BMZIFs) and Fe/N/C framework was reported as an efficient bifunctional catalyst. Although BMZIF or Fe/N/C alone exhibits undesirable oxygen reaction activity, a combination of these materials shows unprecedented ORR (half-wave potential of 0.85 V as well as comparatively superior OER activities (potential@10 mA cm-2 of 1.64 V), outperforming not only a commercial Pt/C electrocatalyst but also most reported bifunctional electrocatalysts. We then tested its practical application in Zn-air batteries. The primary batteries exhibit a high peak power density of 235 mW cm-2, and the batteries are able to be operated smoothly for 100 cycles at a curent density of 10 mA cm-2. The unprecedented catalytic activity can be attritued to chemical coupling effects between Fe/N/C and BMZIF and will aid the development of highly active electrocatalysts and applications for electrochemical energy devices.

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