Elucidation of Active Sites on S, N Codoped Carbon Cubes Embedding Co–Fe Carbides toward Reversible Oxygen Conversion in High‐Performance Zinc–Air Batteries

材料科学 普鲁士蓝 催化作用 析氧 碳化物 碳纤维 化学工程 热解 电化学 无机化学 电极 化学 冶金 有机化学 复合材料 物理化学 工程类 复合数
作者
Yuebin Lian,Kefei Shi,Hao Yang,Hao Sun,Pengwei Qi,Yong Jiang,Wen-Bin Wu,Zhao Deng,Yang Peng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (23) 被引量:73
标识
DOI:10.1002/smll.201907368
摘要

The development of high-performance but low-cost catalysts for the electrochemical oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is of central importance for realizing the prevailing application of metal-air batteries. Herein a facile route is devised to synthesize S, N codoped carbon cubes embedding Co-Fe carbides by pyrolyzing the Co-Fe Prussian blue analogues (PBA) coated with methionine. Via the strong metal-sulfur interaction, the methionine coating provides a robust sheath to restrain the cubic morphology of PBA upon pyrolysis, which is proved highly beneficial for promoting the specific surface area and active sites exposure, leading to remarkable bifunctionality of ORR and OER comparable to the benchmarks of Pt/C and RuO2 . Further elaborative investigations on the activity origin and postelectrolytic composition unravel that for ORR the high activity is mainly contributed by the S, N codoped carbon shell with the inactive carbide phase converting into carbonate hydroxides. For OER, the embedded Co-Fe carbides transform in situ into layered (hydr)oxides, serving as the actual active sites for promoting water oxidation. Zn-air batteries employing the developed hollow structure as the air cathode catalyst demonstrate superb rechargeability, energy efficiency, as well as portability.
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