Redox‐Inert Fe3+ Ions in Octahedral Sites of Co‐Fe Spinel Oxides with Enhanced Oxygen Catalytic Activity for Rechargeable Zinc–Air Batteries

尖晶石 催化作用 氧化还原 八面体 惰性 无机化学 离子 化学 氧气 材料科学 生物化学 有机化学 冶金
作者
Xiaotong Wang,Ting Ouyang,Ling Wang,Jia‐Huan Zhong,Tianyi Ma,Zhao‐Qing Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (38): 13291-13296 被引量:422
标识
DOI:10.1002/anie.201907595
摘要

Bimetallic cobalt-based spinel is sparking much interest, most notably for its excellent bifunctional performance. However, the effect of Fe3+ doping in Co3 O4 spinel remains poorly understood, mainly because the surface state of a catalyst is difficult to characterize. Herein, a bifunctional oxygen electrode composed of spinel Co2 FeO4 /(Co0.72 Fe0.28 )Td (Co1.28 Fe0.72 )Oct O4 nanoparticles grown on N-doped carbon nanotubes (NCNTs) is designed, which exhibits superior performance to state-of-the-art noble metal catalysts. Theoretical calculations and magnetic measurements reveal that the introduction of Fe3+ ions into the Co3 O4 network causes delocalization of the Co 3d electrons and spin-state transition. Fe3+ ions can effectively activate adjacent Co3+ ions under the action of both spin and charge effect, resulting in the enhanced intrinsic oxygen catalytic activity of the hybrid spinel Co2 FeO4 . This work provides not only a promising bifunctional electrode for zinc-air batteries, but also offers a new insight to understand the Co-Fe spinel oxides for oxygen electrocatalysis.
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