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Highly-dispersed NiFe alloys in-situ anchored on outer surface of Co, N co‑doped carbon nanotubes with enhanced stability for oxygen electrocatalysis

材料科学 过电位 化学工程 合金 碳纳米管 电催化剂 双功能 催化作用 碳纤维 过渡金属 纳米技术 电极 电化学 复合材料 化学 有机化学 物理化学 复合数 工程类
作者
Bin Liu,Bowen Yuan,Cheng Wang,Shijie You,Jin Liu,Xin Meng,Xiaoqin Xu,Zhuang Cai,Jiahao Xie,Jinlong Zou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:635: 208-220 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.12.152
摘要

Transition metal alloys have emerged as promising catalysts for oxygen reduction/evolution reactions (ORR/OER) because of their intermetallic synergy and tunable redox properties. However, for alloy nanoparticles, it is quite challenging to suppress the self-aggregation and promote the bifunctional activity. Anchoring alloys in heteroatoms-doped carbon matrix with excellent electro-conductibility is a powerful strategy to form strongly-coupled alloy-carbon nanohybrids. Here, highly-dispersed NiFe alloys are evenly in-situ anchored on the surface of Co, N co-doped carbon nanotubes (NiFe/Co-N@CNTs) via a gravity-guided chemical vapor deposition and self-assembly strategy. Stably-structured NiFe/Co-N@CNTs possesses a tubular skeleton with diameters of 80-100 nm and a hydrophilic surface. For ORR, half-wave potential of NiFe/Co-N@CNTs (0.87 V vs RHE) is higher than that of Pt/C (0.85 V). Strong synergies between NiFe alloys and Co-Nx species facilitate the charge transfer on one-dimensional conductive structure to boost the 4e- ORR kinetics. For OER, NiFe/Co-N@CNTs has a lower overpotential (300 mV) than RuO2 (400 mV) at 10 mA cm-2 due to in-situ formation of highly-active NiOOH/FeOOH species (as indicated by in-situ X-ray diffraction) at the catalytic sites on NiFe alloy. Rechargeable Zn-air battery (ZAB) with NiFe/Co-N@CNTs-based air-cathode exhibits promising open-circuit potential (1.52 V) and charge-discharge cycling stability (350 h). This alloy-carbon integrating strategy is meaningful for promoting dispersion, activity and stability of non-noble metal alloys for oxygen electrocatalysis.
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