Novel MOF‐Derived Co@N‐C Bifunctional Catalysts for Highly Efficient Zn–Air Batteries and Water Splitting

双功能 材料科学 催化作用 分解水 化学工程 纳米技术 无机化学 化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Ming‐Dao Zhang,Quanbin Dai,He‐Gen Zheng,Mindong Chen,Liming Dai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (10) 被引量:853
标识
DOI:10.1002/adma.201705431
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) and MOF-derived materials have recently attracted considerable interest as alternatives to noble-metal electrocatalysts. Herein, the rational design and synthesis of a new class of Co@N-C materials (C-MOF-C2-T) from a pair of enantiotopic chiral 3D MOFs by pyrolysis at temperature T is reported. The newly developed C-MOF-C2-900 with a unique 3D hierarchical rodlike structure, consisting of homogeneously distributed cobalt nanoparticles encapsulated by partially graphitized N-doped carbon rings along the rod length, exhibits higher electrocatalytic activities for oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR and OER) than that of commercial Pt/C and RuO2 , respectively. Primary Zn-air batteries based on C-MOF-900 for the oxygen reduction reaction (ORR) operated at a discharge potential of 1.30 V with a specific capacity of 741 mA h gZn-1 under 10 mA cm-2 . Rechargeable Zn-air batteries based on C-MOF-C2-900 as an ORR and OER bifunctional catalyst exhibit initial charge and discharge potentials at 1.81 and 1.28 V (2 mA cm-2 ), along with an excellent cycling stability with no increase in polarization even after 120 h - outperform their counterparts based on noble-metal-based air electrodes. The resultant rechargeable Zn-air batteries are used to efficiently power electrochemical water-splitting systems, demonstrating promising potential as integrated green energy systems for practical applications.
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