Carbon nanotube supported bifunctional electrocatalysts containing iron-nitrogen-carbon active sites for zinc-air batteries

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作者
Jian Sheng,Sheng Zhu,Guodong Jia,Xu Liu,Yan Li
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (12): 4541-4547 被引量:38
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3369-0
摘要

Bifunctional electrocatalysts with high activity toward both oxygen reduction and evolution reaction are highly desirable for rechargeable Zn-air batteries. Herein, a kind of carbon nanotube (CNT) supported single-site Fe-N-C catalyst was fabricated via pyrolyzing in-situ grown Fe-containing zeolitic imidazolate frameworks on CNTs. CNTs not only serve as the physical supports of the Fe-N-C active sites but also provide a conductive network to facilitate the fast electron and ion transfer. The as-synthesized catalysts exhibit a half-wave potential of 0.865 V for oxygen reduction reaction and a low overpotential of 0.442 V at 10 mA·cm−2 for oxygen evolution, which is 310 mV smaller than that of Fe-N-C without CNTs. The rechargeable Zn-air batteries fabricated with such hybrid catalysts display a high peak power density of 182 mW·cm−2 and an excellent cycling stability of over 1,000 h at 10 mA·cm−2, which outperforms commercial Pt-C and most of the reported catalysts. This facile strategy of combining single-site Metal-N-C with CNTs network is effective for preparing highly active bifunctional electrocatalysts.
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