A General Sol‐Gel Route to Fabricate Large‐Area Highly‐Ordered Metal Oxide Arrays Toward High‐Performance Zinc‐Air Batteries

材料科学 双功能 化学工程 氧化物 煅烧 金属 电催化剂 纳米孔 氧气 催化作用 纳米技术 电极 化学 物理化学 有机化学 电化学 工程类 冶金
作者
Aoshuang Li,Yan Tan,Yijie Wang,Shuwen Shen,Runlong Jia,Yiwen Cheng,Chunxiao Cong,Yu‐Zhong Zhang,Cao Guan,Chuanwei Cheng
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202409620
摘要

Abstract A universal method is demonstrated for the fabrication of large‐area highly ordered microporous arrayed metal oxides based on a high‐quality self‐assembly opal template combined with a sucrose‐assisted sol‐gel technique. Sucrose as a chelating agent optimizes precursor infiltration and regulates both oxide formation and the melting process of polystyrene templates, thus preventing crack formation during infiltration and calcination. As a result, over 20 metal element‐based 3DOM oxides with arbitrary compositions are successfully prepared. Therein, a champion electrocatalyst RuCoO x ‐IO exhibits outstanding bifunctional oxygen activity with an ultra‐narrow oxygen potential gap of 0.598 V, and the Zn‐air batteries based on RuCoO x ‐IO air cathode operates for 1380 h under fast‐charging cycling (50 mA cm −2 ), and reaches a high energy efficiency of 69.5% in discharge‐charge cycling. In situ spectroscopy characterizations and density functional theory reveal that the rational construction of Ru─O─Co heterointerface with decoupled multi‐active sites and mutual coupling of RuO 2 and Co 3 O 4 facilitate interfacial electron transfer, leading to an optimized d ‐band centers of active Ru/Co and a weakened spin interaction between oxygen intermediates and Co sites, so as to enhance the adsorption ability of * OOH on interfacial Co sites for fast ORR kinetics while favoring the desorption of oxygen intermediates on interfacial Ru during OER.
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