MOFs-derived hierarchical porous carbon supported Co@NC nanocapsules for pH universal oxygen reduction reaction and Zn-air batteries

纳米囊 电催化剂 碳纤维 介孔材料 化学工程 催化作用 微型多孔材料 材料科学 化学 纳米技术 无机化学 纳米颗粒 电化学 电极 有机化学 复合材料 工程类 物理化学 复合数
作者
Guangda Zhou,Xiaoli Yan,Tianyu Zhang,Kui Wang,Jingtao Zhang,Junjie Guo
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:621: 156906-156906 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.156906
摘要

The rational design and construction of the hierarchical porous structure of carbon framework to support transition metal-based catalysts is critical to increase their active sites density and facilitate mass/electron transport. Herein, we report a novel nanocapsules with cobalt core and nitrogen-doped carbon shells (Co@NC) supported on MOFs-derived hierarchical porous carbon framework. The rational hierarchical porous carbon framework with controllable size and micropore/mesoporous ratio was achieved by one-step pyrolysis of Zn(acac)2·phen ligand and ZIF-67 precursor, which is beneficial for the mass transport in the oxygen reduction reaction (ORR). The 0.4Co@NC-900 electrocatalyst display a distinguished ORR activity in the pH-universal range, with a half-wave potential of 0.91 V in alkaline and 0.76 V in acid electrolytes. The excellent ORR performance of our electrocatalyst can be attributed to its optimized micropore/mesoporous ratio of carbon framework with efficient mass transport, together with the graphitized carbon shell on Co nanoparticles which not only enhances the electron/proton transport, but also suppresses the chemical corrosion of the Co nanoparticles. Impressively, the Zinc-air battery as air electrode offers peak power density of 203 mW cm−2 and long-term stability of 130 h, showing an excellent battery performance. This study offers a fresh method of constructing ORR catalysts with increased activity and durability over a universal pH range.
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