Ultrathin 2D catalysts with N-coordinated single Co atom outside Co cluster for highly efficient Zn-air battery

催化作用 电池(电) 阴极 材料科学 化学工程 纳米技术 星团(航天器) 化学 功率(物理) 计算机科学 有机化学 物理化学 量子力学 物理 工程类 程序设计语言
作者
Hongbin Li,Ming‐Dao Zhang,Wei Zhou,Jingui Duan,Wanqin Jin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:421: 129719-129719 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129719
摘要

Zn-air battery (ZAB) has been considered as a kind of important mobile energy system. However, one of the major challenges is to improve the efficiency of involved oxygen reduction reaction (ORR), which requires stable and highly effective electrocatalysts that may work with air as O2 supplier. Herein, we report the design and synthesis of a group of ultrathin 2D electrocatalysts (8.2 to 18.5 nm) from a new metal–organic framework (MOF) ([Co2(TCPP)(DABCO)], named NTU-70) that can be facilely prepared in large-scale. Compared with its block counterpart and other ultrathin electrocatalysts, [email protected] exhibits superior ORR activity (E1/2 = 0.78 V) and outstanding durability, which originates from the synergistic effect of N-coordinated single Co atom outside Co cluster and ultrathin porous carbon support. Encouragingly, a rechargeable ZAB assembled with [email protected] air cathode delivers a steady discharge voltage plateau of 1.22 V and a low discharge/charge polarization (0.80 V) within 240 h, outperforming Pt/C catalysts. The current strategy for finely design and synthesis of MOF-derived ultrathin electrocatalysts provides a prospect in developing metal-air batteries with a higher power density and may also pave the way for the feasible application of these ultrathin catalysts in energy conversion/storage devices.
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