Enhancing bifunctionality of CoN nanowires by Mn doping for long-lasting Zn-air batteries

材料科学 析氧 纳米线 掺杂剂 钴 阴极 催化作用 兴奋剂 氮化物 化学工程 纳米技术 无机化学 电化学 电极 化学 光电子学 冶金 物理化学 图层(电子) 工程类 生物化学
作者
Yongqi Zhang,Bo Ouyang,Guankui Long,Hua Tan,Zhe Wang,Zheng Zhang,Weibo Gao,Rajdeep Singh Rawat,Hong Jin Fan
出处
期刊:Science China-chemistry [Springer Science+Business Media]
卷期号:63 (7): 890-896 被引量:48
标识
DOI:10.1007/s11426-020-9739-2
摘要

Tailoring the nanostructure and composition of transition metal nitrides is highly important for their use as potent low-cost electrocatalysts. Cobalt nitride (CoN) exhibits strong catalytic activity for oxygen evolution reaction (OER). However, its poor catalytic efficiency for oxygen reduction reaction (ORR) hinders its application in rechargeable zinc-air batteries (ZABs) as the air cathode. In this work, we deploy the effective strategy of Mn doping to improve both OER and ORR activity of CoN nanowires as the cathode material for ZAB. Theoretical calculation predicts that moderate Mn doping in cobalt nitride results in a downshift of the d-band center and reduces the adsorption energy of reaction intermediates. With ∼10 at% Mn dopants, stronger catalysis activities for both OER and ORR are achieved compared to pure CoN nanowires. Subsequently, both aqueous and flexible quasi-solid-state ZABs are constructed using the Mn-doped CoN nanowires array as additive-free air cathode. Both types of devices present large open circuit potential, high power density and long-cycle stability. This work pushes forward the progress in developing cost-effective ZABs.
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