Cobalt Single‐Atom Electrocatalysts Enhanced by Hydrogen‐Bonded Organic Frameworks for Long‐Lasting Zinc‐Iodine Batteries

材料科学 水溶液 电催化剂 电化学 X射线光电子能谱 无机化学 氧化还原 化学工程 化学 电极 物理化学 工程类 冶金
作者
Chaofei Guo,Yingnan Cao,Yun Gao,Chuanwei Zhi,Yu‐Xuan Wang,Yuhan Luo,Xuejuan Yang,Xi‐Ping Luo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (18) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/adfm.202314189
摘要

Abstract Herein, a hydrogen‐bonded cobalt porphyrin framework is presented that can efficiently host iodine and serve as an electrocatalyst for aqueous zinc‐iodine (Zn‐I 2 ) organic batteries. The Fourier Transform infrared spectroscopy (FT‐IR), X‐ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and Density functional theory (DFT) results demonstrate that hydrogen‐bonded organic frameworks (HOFs) possess excellent adsorption properties for iodine species. In situ Raman spectroscopy illustrates that the redox mechanism of Zn‐I 2 battery depends on the redox reaction of I/I − , with I 3 − /I 5 − serving as intermediary products. The in situ Ultraviolet‐visible (UV–vis) spectroscopy further reveals that HOFs restrict polyiodide solubilization. The aqueous Zn‐I 2 organic batteries with I 2 @PFC‐72‐Co cathodes exhibit excellent rate capability, achieving 134.9 mAh g −1 at 20 C. Additionally, these batteries demonstrate long‐term cycle stability, enduring > 5000 cycles at 20 C. The impressive electrochemical performance of I 2 @PFC‐72‐Co can be attributed to the cooperative Co single‐atom (CoSA) electrocatalyst in the HOF‐Co structure. Moreover, the benzene ring structure and the carboxyl functional group of HOFs possess a strong ability to adsorb iodine and iodide. Owing to these synergistic effects, the aqueous Zn‐I 2 batteries with the I 2 @PFC‐72‐Co cathode exhibit excellent electrochemical performance.
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