P-doping optimized d-band center position in MoO2 with enhanced oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction activities for rechargeable Zn-air battery

电池(电) 析氧 兴奋剂 氧气 电催化剂 化学 双功能 阴极 材料科学 化学工程 电极 催化作用 光电子学 功率(物理) 电化学 物理 物理化学 有机化学 量子力学 工程类
作者
Xiaoli Cui,Yuxuan Tao,Xinxin Xu,Guo‐Ping Yang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:557: 232519-232519 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232519
摘要

Zn-air battery is considered as a prospective energy conversion and storage device, which achieves charge/discharge with oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR). For Zn-air battery, bifunctional electrocatalyst with high efficiency is extremely important. MoO2 exhibits both ORR and OER activities. But the performance requires further enhancement when employed in Zn-air battery. To achieve this goal, P-doped MoO2 (P–MoO2) is synthesized. Theoretical calculation implies P-doping elevates d-band center, which strengthens interaction between MoO2 and relevant oxygen species during ORR/OER. This donates P–MoO2 excellent ORR/OER activities. In ORR, its half-wave potential reaches 0.78 V. In OER, to acquire 10 mA cm−2, P–MoO2 only consumes 280 mV. P–MoO2 shows good stability in ORR/OER. Zn-air battery is assembled with P–MoO2 as cathode material. Its open circuit voltage and power density reach 1.46 V, 121.9 mW cm−2. In Zn-air battery, specific capacitance and energy density achieve 838.7 mAh·g−1Zn, 927.8 Wh·kg−1Zn at 10 mA cm−2. The work not only offers a feasible method to improve performance of MoO2 in Zn-air battery, but also implies the origin of enhanced ORR/OER activities after P-doping.
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