A pair of metal organic framework (MOF)-derived oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) catalysts for zinc-air batteries

催化作用 析氧 材料科学 沸石咪唑盐骨架 金属有机骨架 化学工程 电化学 无机化学 电极 有机化学 化学 冶金 物理化学 工程类 吸附
作者
Soham Agarwal,Xingwen Yu,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:16: 100405-100405 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2020.100405
摘要

Metal organic frameworks (MOFs) are amazing precursors for the development of functional catalysts due to their ability of being modified both structurally and in terms of composition. This work presents a pair of MOF - derived oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) catalysts for the advancement of zinc-air batteries. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIF) are known as ideal materials to create doped carbons. Combining with a sacrificial tellurium template, we have developed a "pseudo-carbon nanotube" with a ZIF-8 that is doped with a mixture of zinc, cobalt, and iron. The resulting mixed-metal doped porous carbon nanotubes ([email protected]) show excellent catalytic activity for ORR with a half-way ORR potential (E1/2) of 0.87 V vs. RHE (reverse hydrogen electrode). Iridium-based catalysts are known as the best option for OER so far, but it is not viable for practical applications due to cost restrictions. Previous research into alternative catalysts has focused on metal oxides with first-row transition metals. Metal sulfides provide superior conductivity compared to metal oxides and are a new frontier in the search for affordable, active, and stable OER catalysts. By combining cobalt, iron, and nickel into a MOF structure (ZIF-67), followed by a sulfurization process, a MOF-derived mixed-metal sulfide catalyst (FeCoNi–[email protected]) has been developed in this study. The resulting catalysts show an onset OER potential of 1.65 V vs. RHE at 10 mA cm−2 and exhibit remarkable stability for the operation of zinc-air batteries.
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