CoFe-CoxN heterojunction encapsulated by lignin-derived nitrogen-doped biochar as bifunctional oxygen electrocatalysts for zinc-air batteries

过电位 双功能 材料科学 析氧 电解质 化学工程 异质结 生物炭 石墨氮化碳 碳纤维 热解 无机化学 化学 电极 电化学 催化作用 复合数 光催化 冶金 有机化学 复合材料 光电子学 物理化学 工程类
作者
Jinhui Zhang,Jianglin Liu,Bowen Liu,Xuliang Lin,Yanlin Qin
出处
期刊:Chemical Engineering Science [Elsevier]
卷期号:280: 119049-119049 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ces.2023.119049
摘要

The development of low-cost and efficient bi-functional electrocatalysts are still the main challenging for oxygen reduction reactions (ORR) and oxygen evolution reactions (OER) in zinc-air batteries. In this work, CoFe-CoxN heterojunction nanocatalyst encapsulated by N-doped biochar was synthesized by combining carboxylated lignin with metal ions via self-assembly and in situ pyrolysis reduction. The heterojunction endowed the superior oxygen electrocatalytic performance, and the carbon-encapsulated structure improved the stability and corrosion resistance in electrolyte. It exhibited a positive half-wave potential of 0.79 V for ORR and a low overpotential of 404 mV at 10 mA cm−2 for OER. The corresponding zinc-air battery displayed a high-power density of 178 mW·cm−2 and excellent stability. DFT calculation indicated that the existence of CoFe-CoxN and the N-doped carbon layer could improve the electron transfer efficiency. This study demonstrated a viable and eco-friendly design for alloy and nitride heterojunction electrocatalysts for energy conversion by using lignin-metals complex.
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