Robust Spray Combustion Enabling Hierarchical Porous Carbon-Supported FeCoNi Alloy Catalyst for Zn–Air Batteries

材料科学 双功能 催化作用 碳纤维 化学工程 合金 析氧 电解质 多孔性 色散(光学) 燃烧 冶金 复合材料 电极 电化学 化学 复合数 有机化学 物理化学 工程类 物理 光学
作者
Hongrui Huang,Qianqian Liang,Guangchao Li,Huajun Guo,Zhixing Wang,Guochun Yan,Xinhai Li,Hui Duan,Jiexi Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c19069
摘要

Rechargeable Zn-air batteries (RZABs) are poised for industrial application, yet they require low-cost, high-performance catalysts that efficiently facilitate both the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER). The pivotal challenge lies in designing multimetal active sites and optimizing the carbon skeleton structure to modulate catalyst activity. In this study, we introduce a novel hierarchical porous carbon-supported FeCoNi bifunctional catalyst, synthesized via a spray combustion method. The carbon, derived from sucrose, was tailored into a hierarchical porous morphology through etching with NO3- ions and NaCl, thereby significantly increasing the surface area for the interaction of the O2 and electrolyte interaction. The in situ formation of FeCoNi alloy nanoparticles ensures their uniform dispersion and anchoring, facilitating electron transport. The strong interaction and charge transfer at the heterogeneous FeCoNi alloy interfaces, along with nitrogen doping, which enhances the OER/ORR activity, endow the FeCoNi/N-PC catalyst with exceptional bifunctional catalytic properties, characterized by an activity parameter of 0.73 V. Furthermore, the RZAB assembled with this catalyst demonstrates outstanding cycling stability and reversibility, with a minimal round-trip efficiency decay of 7.6% over 1380 cycles (460 h) at 10 mA cm-2.
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