Rechargeable Zinc–Hydrazine/Nitrite Batteries Catalyzed by Al-Doped Ni 2 P Nanoflowers for Energy Supply and NH 3 Electrosynthesis

电合成 催化作用 材料科学 纳米材料基催化剂 析氧 化学工程 电池(电) 纳米技术 电化学 氧化还原 联氨(抗抑郁剂) 产量(工程) 无机化学 吸附 放热反应 储能 兴奋剂 电解质 再分配(选举) 化学 电压
作者
Xian‐Wei Lv,Jiaxing Gong,Xiaodong Meng,Shang Chen,Manyun Wang,Yuping Liu,Zhuangzhuang Lai,Haifeng Wang,Zhong‐Yong Yuan,Jianxin Geng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (51): 17708-17716 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c04603
摘要

Zinc–nitrite batteries (ZNBs) can simultaneously supply energy and produce ammonia, yet their practical use is limited by the sluggish kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) and nitrite reduction reaction (NitRR). Herein, we developed energy-saving zinc–hydrazine/nitrite batteries (ZHNBs) that replace the sluggish OER with the favorable hydrazine oxidation reaction (HzOR) using Al–Ni2P nanoflowers as catalysts. The optimized ZHNBs employing Al0.1-Ni2P/NF achieved an ultranarrow charging-discharge voltage gap of 0.59 V, an extended cycle life of 300 h, and a high NH3 yield of 304 μmol h–1 cm–2, significantly outperforming conventional ZNBs. Mechanistic studies revealed that dopant-induced lattice expansion in Ni2P dominantly governs the HzOR by enhancing N2H4 adsorption and reducing structural relaxation, while electronic redistribution enhances the NitRR by controlling active H* intermediates, with both effects synergistically improving battery efficiency. This dual-modulation strategy of geometry and electronic structures via doping offers a general approach for designing advanced nanocatalysts in energy devices.
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