Hierarchical architecture derived from two-dimensional zeolitic imidazolate frameworks as an efficient metal-based bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable Zn–air batteries

双功能 过电位 沸石咪唑盐骨架 电催化剂 析氧 材料科学 咪唑酯 催化作用 金属有机骨架 纳米技术 热解 化学工程 碳纤维 双功能催化剂 碳纳米管 无机化学 化学 电化学 电极 有机化学 吸附 复合材料 物理化学 复合数 工程类
作者
Di Chen,Jianhua Yu,Zhenxing Cui,Qian Zhang,Xing Chen,Jing Sui,Hongzhou Dong,Liyan Yu,Lifeng Dong
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:331: 135394-135394 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2019.135394
摘要

Design and synthesis of efficient and inexpensive bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction reactions (ORRs) and oxygen evolution reactions (OERs) is crucial and urgent for the applications of Zn-air batteries. Inspired by rapid development of metal organic framework (MOF)-derived materials in various applications, a novel MOF-derived 1D-on-2D hierarchical structure is developed by a facile wet chemical method and pyrolysis process. Specifically, the hierarchical structure ([email protected]) consists of 2D carbon framework covered with copious N-doped carbon nanotubes (CNTs) with highly-dispersed cobalt nanoparticles encapsulated within their tips. Abundant Co-N-C active sites, large specific surface area (396 m2 g−1), rapid mass/electron transport and high electrical conductivity enable [email protected] with a high ORR half-wave potential of 0.86 V and low OER overpotential of 360 mV at 10 mA cm−2. Moreover, compared with commercial Pt/C-Ir/C catalysts, primary and rechargeable Zn-air batteries based on [email protected] exhibit a higher peak power density (90 mW cm−2), specific capacity (798 mAh g−1), open circuit potential (1.42 V) and better stability. Therefore, this work provides a facile, low cost and environmental-friendly strategy to rational design and synthesize micro-structures for bifunctional catalyst materials for zinc-air batteries and other devices.
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