Boosted Oxygen Kinetics of Hierarchically Mesoporous Mo2C/C for High‐current‐density Zn–air Battery

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作者
Junye Zhang,Chenfeng Xia,Yaqiong Su,Lianhai Zu,Zaiwang Zhao,Peng Li,Zirui Lv,Jiazheng Wang,Bingbao Mei,Kun Lan,Tiancong Zhao,Pengfei Zhang,Weinan Chen,Shahid Zaman,Yi Liu,Liang Peng,Bao Yu Xia,Ahmed A. Elzatahry,Wei Li,Dongyuan Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (15): e2307378-e2307378 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202307378
摘要

The high-current-density Zn-air battery shows big prospects in next-generation energy technologies, while sluggish O2 reaction and diffusion kinetics barricade the applications. Herein, the sequential assembly is innovatively demonstrated for hierarchically mesoporous molybdenum carbides/carbon microspheres with a tunable thickness of mesoporous carbon layers (Meso-Mo2C/C-x, where x represents the thickness). The optimum Meso-Mo2C/C-14 composites (≈2 µm in diameter) are composed of mesoporous nanosheets (≈38 nm in thickness), which possess bilateral mesoporous carbon layers (≈14 nm in thickness), inner Mo2C/C layers (≈8 nm in thickness) with orthorhombic Mo2C nanoparticles (≈2 nm in diameter), a high surface area of ≈426 m2 g-1, and open mesopores (≈6.9 nm in size). Experiments and calculations corroborate the hierarchically mesoporous Mo2C/C can enhance hydrophilicity for supplying sufficient O2, accelerate oxygen reduction kinetics by highly-active Mo2C and N-doped carbon sites, and facilitate O2 diffusion kinetics over hierarchically mesopores. Therefore, Meso-Mo2C/C-14 outputs a high half-wave potential (0.88 V vs RHE) with a low Tafel slope (51 mV dec-1) for oxygen reduction. More significantly, the Zn-air battery delivers an ultrahigh power density (272 mW cm-2), and an unprecedented 100 h stability at a high-current-density condition (100 mA cm-2), which is one of the best performances.
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