Carbon-Dotted Defective CoO with Oxygen Vacancies: A Synergetic Design of Bifunctional Cathode Catalyst for Li–O2 Batteries

双功能 过电位 析氧 氧气 催化作用 阴极 碳纤维 化学 化学工程 材料科学 无机化学 电极 电化学 物理化学 有机化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Rui Gao,Zhengyao Li,Xiuling Zhang,Jicheng Zhang,Zhongbo Hu,Xiangfeng Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:6 (1): 400-406 被引量:209
标识
DOI:10.1021/acscatal.5b01903
摘要

Noble-metal-free bifunctional cathode catalysts, which can promote both the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER), are quite necessary for lithium–air batteries. In this study, we propose a novel strategy to improve the catalytic performance of CoO through the integration with the dotted carbon species and oxygen vacancies. We have successfully prepared carbon-dotted defective CoO with oxygen vacancies (CoO/C) by sintering the pink precursors obtained from the ethanol-mediated Co(Ac)2·4H2O. In comparison with the commercial or oxygen-vacancies-only CoO, the cycling stability, the initial capacity, and the rate capability of CoO/C-catalyzed cathode have all been greatly enhanced, and the overpotential has also been decreased, which can be attributed to the synergetic effect of the dotted carbon species and oxygen vacancies on both ORR and OER. Oxygen vacancies can enhance the mobility of e– and Li+ and bind to O2 and Li2O2 as active sites. The dotted carbon species not only improve the conductivity of CoO but also stabilize the oxygen vacancies during ORR/OER. In addition, our further investigation on the evolution of the morphology and phase composition of CoO/C and commercial CoO based cathodes under different charge/discharge states confirms that CoO/C can largely accelerate the formation and decomposition of Li2O2 during discharge–charge cycles.
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