Self‐Assembled 3D N/P/S‐Tridoped Carbon Nanoflower with Highly Branched Carbon Nanotubes as Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalyst Toward High‐Performance Rechargeable Zn‐Air Batteries

材料科学 纳米花 电催化剂 化学工程 双功能 催化作用 析氧 碳纤维 碳纳米管 阴极 比表面积 纳米技术 无机化学 纳米结构 电化学 电极 有机化学 物理化学 化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Hui Chang,Xinyu Liu,Shan Zhao,Zonglin Liu,Ruitao Lv,Qianyu Zhang,Ting‐Feng Yi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (16) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/adfm.202313491
摘要

Abstract Heteroatom doping and 3D nanostructures with large specific surface area and hierarchical porous structure can synergically improve oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). In this study, the 3D N/P/S‐tridoped nanoflower with highly branched carbon nanotubes bifunctional catalyst (Co/SP‐NC) is prepared by a simple self‐assembly pyrolysis method. The powerful driving force of coordination interaction of ammonium ion can promote the self‐assembly of 2D ZnCo‐ZIF nanosheets into 3D ZnCo/S‐ZIF nanoflowers at room temperature stirring. The 3D ZnCo/S‐ZIF nanoflower surface is driven by sodium hypophosphite to form highly branched carbon nanotubes during the pyrolysis process. Moreover, Density functional theory (DFT) calculations also confirm that the simultaneous introduction of N/P/S can promote the redistribution of electron density at the catalyst interface. The proper P‐doping not only enhances the electronic conductivity of the substrate, but also facilitates the charge transfer in the OER/ORR process. Therefore, Co/SP‐NC cathode assembled zinc‐air batteries (ZABs) have a higher power density (187 mW cm −2 ), a larger specific capacity (801 mAh g Zn −1 ) and excellent cycle stability compared to Pt/C‐RuO 2 assembled ZABs. This work will pave the way to regulate the components interactions by designing 3D hierarchical porous structures.
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