Polyaniline layered N-doped carbon-coated iron oxide nanocapsules for extremely active Li-ion battery anode and oxygen evolution reaction

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作者
Ashok Kumar Kakarla,Hari Bandi,R. Shanthappa,Wasim Akram Syed,Tian Wang,Jae Su Yu
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:228: 119308-119308 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.119308
摘要

We report the effective synthesis of polyaniline (PANi)-layered nitrogen (N)-doped carbon-coated Fe3O4 (FNC@PANi) nanocapsules (NCs) for electrocatalysis of the oxygen evolution reaction (OER) and anode material for lithium (Li)-ion batteries (LIBs) via a simple hydrothermal method and oxidative polymerization technique. The prepared FNC@PANi NCs exhibited a dual core-shell structure, in which an intermediate carbon layer allowed excellent electrical conduction between the Fe3O4 NCs and PANi. The dual core-shell structure also allowed the Fe3O4 NCs to expand freely during the Li-ion insertion/extraction and OER processes without breaking the outer layer, thus providing a high surface area (147.85 m2 g-1) and enhanced electrical conductivity. These properties facilitate the application of the dual core-shell FNC@PANi NCs as an advanced electrode material for LIBs, delivering a high reversible specific capacity of 1556.48 mAh g-1 at 0.1 A g-1, strong rate performance (896.96 mAh g-1 at 1 A g-1), and durable cycling life (680.12 mAh g-1 at 5 A g-1 for 3000 cycles). The dual core-shell FNC@PANi NCs exhibit high electrocatalytic activity in the OER, with a small Tafel slope of 108.7 mV per decade owing to synergistic effects between the copious active sites of the Fe3O4 NCs and the carbon core-shell structure and a modest overpotential of 219 mV at 10 mA cm-2. The electrodes showed excellent stability over at least 10 h, as determined by chronopotentiometry at 10 mA cm-1. The resultant dual-core-shell FNC@PANi NCs are efficient iron-oxide-based electrode materials for LIBs and OER electrocatalysts.
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