Co/Co2P Nanoparticles Encapsulated within Hierarchically Porous Nitrogen, Phosphorus, Sulfur Co‐doped Carbon as Bifunctional Electrocatalysts for Rechargeable Zinc‐Air Batteries

电催化剂 材料科学 双功能 化学工程 沸石咪唑盐骨架 析氧 无机化学 催化作用 纳米颗粒 咪唑酯 金属有机骨架 碳纤维 吸附 复合数 纳米技术 电极 电化学 化学 复合材料 有机化学 工程类 物理化学
作者
Likai Wang,Yinggang Sun,Shenzhi Zhang,Hexiang Di,Qiming Liu,Xin Du,Zhongfang Li,Kai Yang,Shaowei Chen
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:8 (22): 4286-4295 被引量:13
标识
DOI:10.1002/celc.202101246
摘要

Abstract Developing high performance nonprecious metal‐based electrocatalysts has become a critical first step towards commercial applications of metal‐air batteries. Herein, nanocomposites based on Co/Co 2 P nanoparticles encapsulated within hierarchically porous N, P, S co‐doped carbon are prepared by controlled pyrolysis of zeolitic imidazolate frameworks (ZIF‐67) and poly(cyclotriphosphazene‐co‐4,4’‐sulfonyldiphenol) (PZS). The resulting Co/Co 2 P@NPSC nanocomposites exhibit apparent oxygen reduction reaction (ORR) and evolution reaction (OER) catalytic performance, and are used as the reversible oxygen catalyst for zinc‐air batteries (ZABs). Density functional theory (DFT) calculations exhibit that Co 2 P could provide active sites for the ORR and promote the conversion between the adsorbed intermediates, and porous N,P,S co‐doped carbon with Co 2 P nanoparticles also improves the exposure of actives sites and endows charge transport. Liquid‐state ZABs with Co/Co 2 P@NPSC as the cathode catalysts demonstrate the greater power density of 198.1 mW cm −2 and a long cycling life of 50 h at 10 mA cm −2 , likely due to the encapsulation of Co/Co 2 P nanoparticles by the carbon shell. Solid‐state ZABs also display a remarkable performance with a high peak power density of 74.3 mW cm −2 . Therefore, this study indicates the meaning of the design and engineering of hierarchical porous carbon nanomaterial as electrocatalyst for rechargeable metal‐air batteries.
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