Atomically Dispersed Cobalt Trifunctional Electrocatalysts with Tailored Coordination Environment for Flexible Rechargeable Zn–Air Battery and Self‐Driven Water Splitting

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作者
Zheye Zhang,Xiaoxu Zhao,Shibo Xi,Lili Zhang,Zhongxin Chen,Zhiping Zeng,Ming Huang,Hongbin Yang,Bin Liu,Stephen J. Pennycook,Peng Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (48) 被引量:338
标识
DOI:10.1002/aenm.202002896
摘要

Abstract Designing multifunctional catalysts with high activity, stability, and low‐cost for energy storage and conversion is a significant challenge. Herein, a trifunctional electrocatalyst is synthesized by anchoring individually dispersed Co atoms on N and S codoped hollow carbon spheres (CoSA/N,S‐HCS), which exhibits outstanding catalytic activity and stability for the oxygen reduction reaction, oxygen evolution reaction, and hydrogen evolution reaction. When equipped in liquid or flexible solid‐state rechargeable Zn–air batteries, CoSA/N,S‐HCS endows them with high power and energy density as well as excellent long‐term cycling stability, outperforming benchmark batteries based on a commercial Pt/C + RuO2 dual catalyst system. Furthermore, a self‐driven water splitting system powered by flexible Zn–air batteries is demonstrated using CoSA/N,S‐HCS as the sole catalyst, giving a high H2 evolution rate of 184 mmol h−1. The state‐of‐art experimental characterizations and theoretical calculations reveal synergistic cooperation between atomically dispersed CoN4 active sites, nearby electron‐donating S dopants, and the unique carbon support to single‐atom catalysts (SACs). This work demonstrates a general strategy to design various multifunctional SAC systems with a tailored coordination environment.
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