ZnS anchored on porous N, S-codoped carbon as superior oxygen reduction reaction electrocatalysts for Al-air batteries

催化作用 热解 化学工程 碳纤维 沸石咪唑盐骨架 电池(电) 咪唑酯 化学 多孔性 氧气 材料科学 金属有机骨架 无机化学 纳米技术 吸附 有机化学 复合材料 复合数 功率(物理) 量子力学 工程类 物理
作者
Linfang Cui,Kun Xiang,Xiao‐Min Kang,Keke Zhi,Lei Wang,Jiujun Zhang,Xian‐Zhu Fu,Jing‐Li Luo
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:609: 868-877 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.11.083
摘要

The development of non-precious based oxygen reduction reaction (ORR) catalysts with outstanding catalytic performance is desirable but still a grand challenge for practical Al-air battery. Herein, we report a vulcanization-assisted pyrolysis strategy for creating zeolitic imidazolate framework-derived catalysts with a N, S co-doped carbon support and highly exposed ZnS and Zn-Nx sites. The trithiocyanuric acid (TCA) is found not only to introduce S into the carbon derived from ZIF-8 and ZnS to adjust the electronic structure of carbon matrix during the pyrolysis, but also result in a shrinkage of carbon framework with a hierarchical porous structure. Such an architecture boosts abundant active sites exposed and accelerates remote mass transportation. As a result, the optimized 3.5ZnS/NSC-NaCl-900 delivers an impressive enhanced performance toward ORR in alkaline medium with a high half-wave potential of 0.905 V (vs. reversible hydrogen electrode), which is superior to most of non-precious metal-based catalysts. Density functional theory calculations unveil that the ZnS in 3.5ZnS/NSC-NaCl-900 can effectively lower the Gibbs energy barrier of crucial steps and therefore promotes the reaction kinetics. Furthermore, 3.5ZnS/NSC-NaCl-900 also displays greater power density and specific capacity than Pt/C in Al-air batteries.
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