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

双功能 材料科学 过电位 电催化剂 析氧 化学工程 催化作用 咪唑酯 碳纤维 双功能催化剂 纳米颗粒 合金 无机化学 电极 纳米技术 冶金 复合材料 化学 电化学 物理化学 有机化学 复合数 工程类
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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