A Cellulose Pore Adsorption Strategy to Prepare CoFe/Co8FeS8 Heterostructures into N/S-Doped Carbon Cavities for Enhancing ORR/OER Performance

化学 吸附 兴奋剂 纤维素 异质结 碳纤维 化学工程 纳米技术 物理化学 复合数 有机化学 光电子学 复合材料 物理 工程类 材料科学
作者
Qing Sun,Na Zhang,Lei Xu,Lili Liu,Xiangjun Zheng,Likun Jiang,Xuecheng Cao,Hongyu Gong,Ruizhi Yang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c00257
摘要

To address the complex synthesis and metal agglomeration for partially sulfurized heterostructures, a cellulose pore adsorption strategy is proposed to fabricate CoFe/Co8FeS8 heterostructures in N/S-doped biocarbon cavities. In the absence of chelating agents, the porosity and active groups of cellulose enable the preadsorption of metal ions and N/S sources in willow catkin via ion adsorption and hydrogen bonding, respectively. The spatial confinement provided by biopores facilitates incomplete metal sulfuration while effectively preventing metal migration/aggregation. This catalyst demonstrates superior oxygen evolution and reduction reaction performance, with a minimal potential gap of 0.72 V in 0.1 mol·L–1 KOH, exceeding commercial Pt/C+RuO2. When applied in Zn-air batteries, the optimized electrode affords a high specific capacity of 803 mAh·gZn–1 and long-term cycling durability exceeding 500 h. These enhancements are attributed to the self-driven electron transfer between CoFe and Co8FeS8, and from the core to the carbon shell, which induces local electron enrichment at the interface, influencing the adsorption of key reactants. Besides, the ample N/S heteroatoms in the carbon shell further unlock extra active sites, and carbon cavities also inhibit metal nanoparticle shedding during testing, thereby enhancing electrocatalytic stability. This work offers a simple yet effective strategy for designing advanced heterostructure electrocatalysts.
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