Metal Single‐Site Molecular Complex–MXene Heteroelectrocatalysts Interspersed Graphene Nanonetwork for Efficient Dual‐Task of Water Splitting and Metal–Air Batteries

材料科学 石墨烯 析氧 电催化剂 化学工程 MXenes公司 电化学 纳米技术 催化作用 电池(电) 电极 物理化学 化学 有机化学 物理 工程类 量子力学 功率(物理)
作者
Thanh Hai Nguyen,Phan Khanh Linh Tran,Van An Dinh,Duy Thanh Tran,Nam Hoon Kim,Joong Hee Lee
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (7) 被引量:61
标识
DOI:10.1002/adfm.202210101
摘要

Abstract Development of multifunctional electrocatalysts with high efficiency and stability is of great interest in recent energy conversion technologies. Herein, a novel heteroelectrocatalyst of molecular iron complex (Fe MC )‐carbide MXene (Mo 2 TiC 2 T x ) uniformly embedded in a 3D graphene‐based hierarchical network (GrH) is rationally designed. The coexistence of Fe MC and MXene with their unique interactions triggers optimum electronic properties, rich multiple active sites, and favorite free adsorption energy for excellent trifunctional catalytic activities. Meanwhile, the highly porous GrH effectively promotes a multichannel architecture for charge transfer and gas/ion diffusion to improve stability. Therefore, the Fe MC –MXene/GrH results in superb performances towards oxygen reduction reaction (ORR), oxygen evolution reaction (OER), and hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline medium. The practical tests indicate that Zn/Al–air batteries derived from Fe MC –MXene/GrH cathodic electrodes produce high power densities of 165.6 and 172.7 mW cm −2 , respectively. Impressively, the liquid‐state Zn–air battery delivers excellent cycling stability of over 1100 h. In addition, the alkaline water electrolyzer induces a low cell voltage of 1.55 V at 10 mA cm −2 and 1.86 V at 0.4 A cm −2 in 30 wt.% KOH at 80 °C, surpassing recent reports. The achievements suggest an exciting multifunctional electrocatalyst for electrochemical energy applications.
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