Cyano-Bridged Bimetallic Polymer Network-Derived Pd3Fe Intermetallic for Aqueous Rechargeable Zinc-Air Batteries

材料科学 双金属片 电催化剂 金属间化合物 双功能 析氧 催化作用 电化学 耐久性 化学工程 纳米技术 电极 冶金 复合材料 合金 有机化学 工程类 物理化学 化学 金属
作者
Santanu Ghora,Biswarup Satpati,Bikash Kumar Jena,C. Retna Raj
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 3426-3435 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c19095
摘要

The rational design and synthesis of bifunctionally active and durable oxygen electrocatalysts have garnered significant attention for electrochemical energy conversion and storage. Intermetallic nanostructures are particularly promising for these applications due to their unique catalytic properties and exceptional durability. In this study, we present a fascinating synthetic approach for the direct synthesis of a bifunctional oxygen electrocatalyst based on nitrogen-doped carbon-encapsulated ordered Pd3Fe (o-Pd3Fe@NC) intermetallic, using a cyano-bridged bimetallic single-source precursor tailored for aqueous rechargeable zinc-air batteries (ZABs). Through temperature-controlled annealing of a bipyridine-containing Pd-Fe cyano-bridged polymer network, a catalytically active o-Pd3Fe@NC catalyst is obtained. The spatial confinement of Pd(II) and Fe(II) within the polymer network facilitates the controlled growth of the o-Pd3Fe nanostructure. This intermetallic catalyst exhibits bifunctional activity for both the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). The o-Pd3Fe@NC catalyst achieves an ORR onset potential of 0.98 V and demonstrates remarkable long-term stability, sustaining performance over 30,000 cycles in alkaline electrolytes without noticeable degradation. The rechargeable liquid and flexible ZABs constructed with the o-Pd3Fe@NC air cathode deliver outstanding energy performance, achieving maximum power densities of 212.9 and 109 mW cm-2, respectively. The liquid ZAB delivers a specific capacity of 816 mAh gZn-1 and exhibits excellent charge-discharge cycling stability, maintaining a consistent charge-discharge voltage gap over 200 h. The flexible ZAB retains its charge-storage performance across all bending angles.
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