Synergistically Tuning Graphene Layer and Active Sites for Flexible Zn–Air Batteries

材料科学 石墨烯 催化作用 过电位 化学工程 纳米技术 氧化石墨烯纸 石墨 双功能 复合材料 电化学 电极 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Mengmeng Yu,Feifei Guo,Xu Li,Yan Zhang,W. Ni,Jun Wang,Yichen Wei,Xifan Chen,Jia Yang,Hongbao Li,Junying Wang,Junzhong Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202411935
摘要

Abstract Fewer layer graphene principally has a higher surface area to support more catalytic sites for energy conversion, but it is still challenging to synthesize monolayer graphene without oxidation from graphite at a low cost. Here, a method for synergistically thinning graphene layers and constructing catalytic sites to create a superior bifunctional oxygen catalyst through vapor intercalation of multi‐layer graphene or its derivatives is described. The synthesized small sheet sizes of 1–2 layer graphene‐supported FeN 4 and FeCo active sites exhibit superior reversible activity of oxygen reduction and evolution reactions with a low overall overpotential of 0.648 V. The sheet‐shaped catalyst is further used to fabricate flexible soft‐packed and wearable cable‐type quasi‐solid‐state zinc–air batteries, achieving high performances (>188 mW cm −2 , >450 cycles) and enabling smartphone charging. DFT calculations reveal that fewer layer graphene coupled with atomic FeN 4 and alloy FeCo sites enables lower Gibbs free energy for favorable OOH* intermediate adsorption/desorption benefiting superior oxygen redox process. This study introduces a strategy for scalable synthesis of 1–2 layer graphene from cheap microcrystalline graphite minerals for wearable and durable energy devices.
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