Ligand engineering of Co-MOF-74 with hexaaminotriphenylene for enhanced oxygen reduction reaction in zinc-air batteries

氧还原反应 配体(生物化学) 还原(数学) 氧气 氧还原 氮氧化物 化学 化学工程 材料科学 无机化学 冶金 工程类 电化学 电极 有机化学 物理化学 燃烧 数学 受体 生物化学 几何学
作者
Wei Liu,Liang Yu,Mengtian Huo,Nan Ma,Kaichi Qin,Jinfa Chang,Zihao Xing
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (2): 94907195-94907195 被引量:13
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94907195
摘要

Zinc-air batteries hold great promise as a next-generation efficient and environmentally friendly energy technology. However, the sluggish kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) process pose a significant challenge to their development. To address this issue, atom dispersion catalysts are developed to maximize the utilization of metal active centers. Metal-organic frameworks (MOFs) are a series of molecular materials with high atomic-level dispersion metal utilization, but they often lack sufficient electrical conductivity. Their application in MOF electrocatalysis remains limited unless the MOF material is transferred to a carbon-based material through heat treatment. To overcome this limitation, we employed coordination engineering to incorporate hexaaminotriphenylene (HATP) molecules with strong conjugation into Co-MOF-74. The resulting Co-MOF-74-HATP catalyst represents high activity, achieving an ORR half-wave potential (E1/2) of 0.84 V and demonstrating good stability (ΔE1/2 = 20 mV after 10,000 cycles). Additionally, the Co-MOF-74-HATP also performs a 320 mV overpotential (10 mA·cm−2) for the oxygen evolution reaction. Meanwhile, Co-MOF-74-HATP displays a peak power density of 96.6 mW·cm−2 in zinc-air batteries, surpassing the commercially available Pt/C + RuO2. This work presents a new pathway to design MOF-based ORR catalysts and provides a new direction for the preparation of key materials for zinc-air battery (ZAB).
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