MOF-derived nitrogen-doped carbon-based trimetallic bifunctional catalysts for rechargeable zinc-air batteries

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作者
Bo Zhu,Jing Li,Zhanrui Hou,Chuizhou Meng,Guihua Liu,Xiaohang Du,Yuming Guan
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:33 (40): 405403-405403 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ac7b98
摘要

Zinc-air battery (ZAB) is a promising new metal-air energy system, but the large overpotentials of oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) around the air electrode lead to their poor energy efficiency. Herein, a novel bifunctional oxygen electrocatalyst is reported with the preparation of a zeolite imidazolate framework (ZIF-67) derived trimetallic composites decorated nitrogen-doped carbon, which consist of NiFe alloy and Co nanoparticles. The ZIF-derived porous N-doped carbon shell can speed up the mass transfer efficiency. Whereas the electronic effect between the formed NiFe alloy and Co nanoparticles, as well as the N-doped carbon framework can enrich the active centers and enhance the electrical conductivity. As a result, the NiFe-Co@NC-450 catalyst shows superior performance manifested as a small potential gap (ΔE = 0.857 V) between the overpotential at 10 mA cm-2(Ej=10) for OER (460 mV) and half-wave potential (E1/2) for ORR (0.833 V). The liquid ZABs exhibit a high specific capacity reaching 798 mAh/gZnand a stable cycling performance at 10 mA cm-2for more than 200 h. Meanwhile, the NiFe-Co@NC-450 based flexible ZABs also presents robust flexibility and stability. This study has certain implications for the development of economical, powerful and stable bifunctional catalysts for ZABs.
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