Metal-organic framework derived FeNi alloy nanoparticles embedded in N-doped porous carbon as high-performance bifunctional air-cathode catalysts for rechargeable zinc-air battery

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作者
Shu‐Qi Deng,Zewen Zhuang,Chuang‐An Zhou,Hui Zheng,Sheng‐Run Zheng,Wei Yan,Jiujun Zhang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:641: 265-276 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.073
摘要

Developing efficient and durable bifunctional air-cathode catalysts for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is one of the key efforts promoting the practical rechargeable zinc-air batteries (ZABs). In this paper, high-performance bifunctional air-cathode catalysts by a two-step strategy: atomically dispersed Ni on N-doped carbon is first derived from MOF to form uniformly dispersed NiNC, which are pyrolyzed together with Fe source at different high-temperatures to form FeNi@NC-T (T = 800, 900, and 1000 °C) catalysts. The as-synthesized non-noble metal FeNi@NC-900 catalyst exhibits a considerably small potential gap (ΔE) of 0.72 V between ORR and OER, which is as the same as commercial noble metal Pt/C + Ir black mixed catalyst. The performance of the ZABs using FeNi@NC-900 as the air-cathode catalyst displays a power density of 119 mW·cm-2 and a specific capacity of 830.1 mAh·g-1, which is superior to that of Pt/C + Ir black mixed catalyst. This work provides a guideline for designing alloy electrocatalysts with uniform size and nanoparticle distribution for metal-air batteries with bifunctional air-cathodes.
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