Physical upcycling of spent artificial diamond accelerant into bifunctional oxygen electrocatalyst with dual-metal active sites for durable rechargeable Zn–air batteries

双功能 电催化剂 材料科学 析氧 对偶(语法数字) 钻石 金属 纳米技术 冶金 催化作用 电极 电化学 有机化学 化学 艺术 文学类 物理化学
作者
Kuixing Ding,Jiugang Hu,Liming Zhao,Wei Jin,Huanan Yu,Yunpeng Liu,Zhonghua Wu,Shan Cai,Yi Yang,Guoqiang Zou,Hongshuai Hou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:121: 109270-109270 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109270
摘要

The low-cost and efficient bifunctional electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is critical for advanced rechargeable Zn–air batteries (ZABs). Herein, we designed and fabricated a bifunctional m-Fe2.04Ni0.66 @GCFs catalyst using a sustainable physical upcycling strategy involving spent artificial diamond accelerants. Experiments and theoretical calculations verified that dual-metal active-site synergy between *Fe2.04Ni0.66 @GC and Fe2.04 *Ni0.66 @GC enhances the rapid adsorption/desorption of *OOH/*OH species, thereby improving ORR/OER performance. In situ Raman technique confirmed that ORR/OER activities are dependent on the FeOOH, Fe(OH)2, and β-NiOOH intermediates formed during the reaction. Impressively, the m-Fe2.04Ni0.66 @GCFs catalyst exhibited outstanding ORR/OER activities with a small potential difference of only 0.73 V in alkaline media. The assembled rechargeable ZAB exhibited high peak power density (115.2 mW cm−2), large specific capacity (786.9 mA h g−1), and long-term charge-discharge cycling stability of more than 1200 cycles. These results not only contribute to the design of efficient bifunctional catalysts, but also provide a new approach to the high-value utilisation of waste catalyst resources.
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