Tailoring Oxygen Electrocatalytic Performance via Construction of Iron‐Cobalt Oxides and FeN4 Sites on Hierarchical Carbon Fibers for Efficient Zinc–Air Batteries

材料科学 双功能 催化作用 双金属片 析氧 氧化物 无机化学 化学工程 电极 金属 冶金 电化学 有机化学 化学 物理化学 工程类
作者
Kexin Wei,Fan Yang,Yang Sun,Chunhui Yu,Junpu An,Guang Ma,Yongfeng Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (32) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202422039
摘要

Abstract The design and fabrication of non‐precious metal materials for bifunctional oxygen electrocatalytic properties with reversible oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) has been a research hotspot in the field of zinc–air batteries. Herein, a hierarchical carbon nanofiber immobilized with iron cobalt oxide particles (FeCoO x ) and Fe‐N x sites catalyst is synthesized through electrostatic spinning and the in situ polymerization of pyrrole coupled with pyrolysis. The FeCoO x /Fe─N─C demonstrates a superior bifunctional electrocatalytic performance (E 1/2 = 0.91 V, η 10 = 350 mV). Liquid zinc–air batteries employing FeCoO x /Fe─N─C exhibit a high power of 184.8 mW cm −2 and more than 580 cycles of stable cycling ability. Additionally, the incorporation of iron cobaltite introduces extra electrons and optimizes the adsorption capacity for oxygen intermediates, effectively boosting the inherent ORR activity. The experimental results illustrate that the special geometrical structure of spinel ferrite provides excellent OER catalytic performance. Theoretical calculations indicate that the incorporation of FeCoO x shifts the d‐band center of iron closer to the Fermi level (E f ), thereby modulating the hybridization between Fe 3d and O 2p orbitals. This work offers an effective approach to constructing coupling catalysts that have single atoms coexisting with oxide particles for efficient bifunctional catalysis.
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