Mn-Doped Zn Metal–Organic Framework-Derived Porous N-Doped Carbon Composite as a High-Performance Nonprecious Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Aqueous/Flexible Zinc–Air Batteries

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作者
Lixia Wang,Meijiao Xu,Huatong Li,Zhiyang Huang,Lei Wang,Tayirjan Taylor Isimjan,Xiulin Yang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (33): 13284-13292 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c01536
摘要

Developing low-cost, efficient, and stable oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts is crucial for the commercialization of energy conversion devices such as metal-air batteries. In this study, we report a Mn-doped Zn metal-organic framework-derived porous N-doped carbon composite (30-ZnMn-NC) as a high-performance ORR catalyst. 30-ZnMn-NC exhibits excellent electrocatalytic activity, demonstrating a kinetic current density of 9.58 mA cm-2 (0.8 V) and a half-wave potential of 0.83 V, surpassing the benchmark Pt/C and most of the recently reported non-noble metal-based catalysts. Moreover, the assembled zinc-air battery with 30-ZnMn-NC demonstrates high peak power densities of 207 and 66.3 mW cm-2 in liquid and flexible batteries, respectively, highlighting its potential for practical applications. The excellent electrocatalytic activity of 30-ZnMn-NC is attributed to its unique porous structure, the strong electronic interaction between metal Zn/Mn and adjacent N-doped carbon, as well as the bimetallic Mn/Zn-N active sites, which synergistically promote faster reaction kinetics. This work offers a controllable design strategy for efficient electrocatalysts with porous structures and bimetallic active sites, which can significantly enhance the performance of energy conversion devices.
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