Engineering the Electronic Interaction Between Single Au Atoms and CoN Through Nitrogen‐Coordination Bonding as an Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Batteries

双功能 电催化剂 材料科学 氮气 纳米技术 无机化学 电极 电化学 物理化学 催化作用 有机化学 化学
作者
Xiaolin Hu,Xia Chen,Xiang Li,Chaohe Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (27) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/adfm.202316699
摘要

Abstract Single‐atom catalysts hold significance in the field of electrocatalysis. In this study, cobalt nitride (CoN), known for its semiconductor characteristics, is selected as the substrate, on which single gold (Au) atoms are loaded, to synthesize the catalyst Au SAC CoN@NF with Au single atoms anchored on CoN catalysts and grown on nickel foam. The introduction of single Au atoms results in an exceptional double‐layer capacitance (1425.7 mF cm −2 ), which offers immense possibilities for the applications of zinc–air batteries based on Au SAC CoN@NF. The zinc–air batteries demonstrated remarkable performance metrics, including a power density of 161.94 mW cm −2 , a specific capacity of 813.80 mAh g −1 , and a cycling stability of more than 260 h at 10 mA cm −2 . In addition, these batteries show an outstanding round‐trip efficiency of 65.1%. Density functional theory calculations reveal that Au SAC CoN@NF can optimize the adsorption energies of intermediates for oxygen evolution reaction and promote single Au atoms in transporting electrons to the OH − species at an Au–N active site for oxygen reduction reaction. The proposed electronic metal‐support interaction strategy offers fresh insights for designing single‐atom catalysts to enhance electrocatalysis efficiency, thereby expanding the practical application prospects of zinc–air batteries.
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