Modulation of Single Atomic Co and Fe Sites on Hollow Carbon Nanospheres as Oxygen Electrodes for Rechargeable Zn–Air Batteries

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作者
Vishal Jose,Huimin Hu,Eldho Edison,William Manalastas,Hao Ren,Pinit Kidkhunthod,Sivaramapanicker Sreejith,Anjali Jayakumar,Jean Marie Vianney Nsanzimana,Madhavi Srinivasan,Jin Ho Choi,Jong‐Min Lee
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:5 (2) 被引量:180
标识
DOI:10.1002/smtd.202000751
摘要

Efficient bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are required for metal air batteries, to replace costly metals, such as Pt and Ir/Ru based compounds, which are typically used as benchmarks for ORR and OER, respectively. Isolated single atomic sites coordinated with nitrogen on carbon supports (M-N-C) have promising performance for replacement of precious metal catalysts. However, most of monometallic M-N-C catalysts demonstrate unsatisfactory bifunctional performance. Herein, a facile way of preparing bimetallic Fe and Co sites entrapped in nitrogen-doped hollow carbon nanospheres (Fe,Co-SA/CS) is explored, drawing on the unique structure and pore characteristics of Zeolitic imidazole frameworks and molecular size of Ferrocene, an Fe containing species. Fe,Co-SA/CS showed an ORR onset potential and half wave potential of 0.96 and 0.86 V, respectively. For OER, (Fe,Co)-SA/CS attained its anodic current density of 10 mA cm-2 at an overpotential of 360 mV. Interestingly, the oxygen electrode activity (ΔE) for (Fe,Co)-SA/CS and commercial Pt/C-RuO2 is calculated to be 0.73 V, exhibiting the bifunctional catalytic activity of (Fe,Co)-SA/CS. (Fe,Co)-SA/CS evidenced desirable specific capacity and cyclic stability than Pt/C-RuO2 mixture when utilized as an air cathode in a homemade Zinc-air battery.
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