Co 3 O 4 @NiCo 2 O 4 double-shelled nanocages with hierarchical hollow structure and oxygen vacancies as efficient bifunctional electrocatalysts for rechargeable Zn–air batteries

材料科学 析氧 双功能 化学工程 纳米笼 催化作用 电催化剂 钴 过电位 分解水 双功能催化剂 层状双氢氧化物 电化学
作者
Nengfei Yu,Wen Juan Huang,Kai-Lin Bao,Hui Chen,Kai Cheng Hu,Yi Zhang,Qinghong Huang,Yusong Zhu,Yuping Wu
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:50 (6): 2093-2101 被引量:20
标识
DOI:10.1039/d0dt03971c
摘要

Highly efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are crucially important for the rechargeable Zn-air battery, a potential power source for applications in electric vehicles and grid-scale stationary storage systems. Herein, Co3O4@NiCo2O4 double-shelled nanocages (Co3O4@NiCo2O4 DSNCs) with hierarchical hollow structure and oxygen vacancies were designed and synthesized via annealing metal-organic frameworks. Co3O4@NiCo2O4 DSNCs with large specific surface area and three-dimensional interconnected mesopores and cavity not only provide more reaction sites, but also offer an efficient transport environment for reactants. Moreover, oxygen vacancies on the surfaces improve the capture of oxygen species to enhance the reactivity of the catalyst. Consequently, Co3O4@NiCo2O4 DSNCs displayed excellent bifunctional electrocatalytic performance, with a positive half-wave potential of 0.81 V (vs. reversible hydrogen electrode, RHE) for ORR (approaching the potential of commercial Pt/C catalyst) and a low potential of 1.65 V at 10 mA cm-2 for OER (exceeding Pt/C). In a practical demonstration, the Zn-air battery using Co3O4@NiCo2O4 DSNCs as the cathode delivered a satisfactory power density of 102.1 mW cm-2, comparable to the Zn-air battery with a Pt/C cathode, and exhibited much longer cycling stability.

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