Electronic coupling coordinated vanadium nitride/magnesium oxide hetero-junction for accelerating oxygen reaction and long-life flexible zinc-air batteries

过电位 材料科学 氮化钒 析氧 电化学 催化作用 氮化物 化学工程 纳米技术 无机化学 电极 化学 冶金 物理化学 工程类 生物化学 图层(电子)
作者
Ravichandran Balaji,Thanh Tuan Nguyen,Muthu Austeria P,Do Hwan Kim,Joong Hee Lee,Nam Hoon Kim
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:335: 122895-122895 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.122895
摘要

Designing highly active, durable, and cost-effective electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) is explored as exciting research trends. However, a deep understanding of electrochemical performance enhancement is still a big challenge. Herein, we develop a well-defined vanadium nitride/magnesium oxide (VN/MgO) heterostructure on nitrogen-doped carbon frameworks (VM-NC) with enhanced active sites and tunable electronic structure. The synergistic effect at VN/MgO interfaces facilitates the charge-transfer rate, increases the active sites, and promotes OER/ORR kinetics in an alkaline medium. Theoretical studies suggest that the tuning of electronic structure in VN-MgO effectively boosts the conductivity and catalytic activity of VM-NC. The catalyst delivers an excellent half-wave potential of ≈ 0.852 V for ORR and a low overpotential of ≈ 253 mV for OER. Furthermore, VM-NC-based zinc-air cells (ZACs) exhibit high peak power-density and ultralong cycle-life. The quasi-solid state flexible ZACs present excellent flexibility with different bending states and outstanding electrochemical performance.

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