NiCo2O4‐Based Nanosheets with Uniform 4 nm Mesopores for Excellent Zn–Air Battery Performance

过电位 材料科学 介孔材料 电催化剂 析氧 化学工程 密度泛函理论 催化作用 价(化学) 阴极 电极 纳米技术 电化学 物理化学 化学 计算化学 工程类 生物化学 有机化学
作者
Jie Yin,Jing Jin,Hongbo Liu,Bolong Huang,Min Lu,Jianyi Li,Hanwen Liu,Hong Zhang,Yong Peng,Pinxian Xi,Chun‐Hua Yan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (39): e2001651-e2001651 被引量:170
标识
DOI:10.1002/adma.202001651
摘要

Herein, a strategy is reported for the fabrication of NiCo2 O4 -based mesoporous nanosheets (PNSs) with tunable cobalt valence states and oxygen vacancies. The optimized NiCo2.148 O4 PNSs with an average Co valence state of 2.3 and uniform 4 nm nanopores present excellent catalytic performance with an ultralow overpotential of 190 mV at a current density of 10 mA cm-2 and long-term stability (700 h) for the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline media. Furthermore, Zn-air batteries built using the NiCo2.148 O4 PNSs present a high power and energy density of 83 mW cm-2 and 910 Wh kg-1 , respectively. Moreover, a portable battery box with NiCo2.148 O4 PNSs as the air cathode presents long-term stability for 120 h under low temperatures in the range of 0 to -35 °C. Density functional theory calculations reveal that the prominent electron exchange and transfer activity of the electrocatalyst is attributed to the surface lower-coordinated Co-sites in the porous region presenting a merging 3d-eg -t2g band, which overlaps with the Fermi level of the Zn-air battery system. This favors the adsorption of the *OH, and stabilized *O radicals are reached, toward competitively lower overpotential, demonstrating a generalized key for optimally boosting overall OER performance.
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