Bifunctional electrocatalyst with CoN3 active sties dispersed on N-doped graphitic carbon nanosheets for ultrastable Zn-air batteries

双功能 催化作用 电催化剂 材料科学 碳纤维 纳米技术 兴奋剂 化学 电化学 电极 有机化学 复合数 复合材料 光电子学 物理化学
作者
Ping Li,Huanlei Wang,Xuehai Tan,Wei Hu,Minghua Huang,Jing Shi,Jingwei Chen,Shuai Liu,Zhicheng Shi,Zhi Li
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:316: 121674-121674 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121674
摘要

Realizing large-scale production of low-cost bifunctional catalysts is pivotal to promoting the practical application of Zn-air batteries. Herein, we successfully constructed unique bifunctional CoN 3 catalytic sites atomically dispersed on N-doped graphitic carbon nanosheets (CoSA/NCs), which enable Zn-air batteries with ultrahigh durability for over 6000 cycles (~ 2000 h). The 2D carbon construction and single-atom Co formation were achieved simultaneously in salt-assisted process employing CoCl 2 . CoCl 2 serves as a recyclable template, a pore-making agent, and a catalyst for graphitization, which effectively enables the catalyst with abundant active sites catalyze ORR and OER. Our experimental and theoretical modeling results confirm that of CoN 3 surpasses CoN 4 in term of the ORR and OER catalytic activity. The Zn-air battery based on CoSA/NCs catalyst exhibits a high peak power density of 255 mW cm −2 . With unparalleled catalytic performance and low production cost, this catalyst paves the way for the potential large-scale application of Zn-air batteries. • A facile method by employing CoCl2 as a multi-function agent is introduced. • 2D construction and single-atom Co formation can be achieved simultaneously. • The concept of bifunctional CoN3 catalytic sites is experimentally validated. • The assembled Zn-air battery exhibits ultrastable cyclability up to 6000 cycles.
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