Sulphur modulated Ni3FeN supported on N/S co-doped graphene boosts rechargeable/flexible Zn-air battery performance

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作者
Chenglong Lai,Mingxing Gong,Yecheng Zhou,Jia-Yi Fang,Li Huang,Zhiping Deng,Xupo Liu,Tonghui Zhao,Ruoqian Lin,Kangli Wang,Kai Jiang,Huolin L. Xin,Deli Wang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:274: 119086-119086 被引量:99
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119086
摘要

Exploring feasible strategy for preparation of sulfur (S) modulated NiFe compounds and meanwhile clarifying the performance promoting mechanism of such catalysts has triggered numerous interest in rechargeable Zinc-air battery research field. Herein, S modulated Ni3FeN supported on N/S co-doped graphene (S-Ni3FeN/NSG) is synthesized via controlling the nitriding process of NiFe disulfides. The beneficial effect of the design strategy and S decoration on electrocatalytic activity are determined and analysed systematacially. The S-Ni3FeN/NSG-700 delivers excellent bifunctional oxygen electrocatalysis performance with half-wave potential of 0.878 V for ORR and low OER overpotential of 260 mV at 10 mA cm−2. Density Functional Theory (DFT) calculations demonstrate that S decoration effectively promotes the formation of OOH* intermediates and observably decreases the maximum of change of the Gibbs free energies for four primitive OER steps. Notably, when S-Ni3FeN/NSG-700 as air electrode applied in Zn-air battery test, the device shows superb durability for 1200 discharge/charge cycles at 10 mA cm-2. The corresponding all-solid Zinc-air battery exhibits excellent mechanical flexibility and a high power density of 140.1 mW cm-2. Two Zinc-air batteries in series can long-term stably power a self-made water-splitting device. This work provides new insights into highly efficient and low-cost bifunctional oxygen electrocatalyst designing.

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