Construction of Co/FeCo@Fe(Co)3O4 heterojunction rich in oxygen vacancies derived from metal–organic frameworks using O2 plasma as a high-performance bifunctional catalyst for rechargeable zinc-air batteries

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作者
Yi Xiong,Zhongqing Jiang,Longxiang Gong,Xiaoning Tian,Changsheng Song,T. Maiyalagan,Zhong‐Jie Jiang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:649: 36-48 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.06.040
摘要

Developing high-efficient, good-durability, and low-cost bifunctional non-precious metal catalysts for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is urgent and significant for promoting the practical rechargeable zinc-air batteries (RZABs). Herein, N-doped carbon coated Co/FeCo@Fe(Co)3O4 heterojunction rich in oxygen vacancies derived from metal-organic frameworks (MOFs) is successfully constructed by O2 plasma treatment. The phase transition of Co/FeCo to FeCo oxide (Fe3O4/Co3O4) mainly occurs on the surface of nanoparticles (NPs) during the O2 plasma treatment, which can form rich oxygen vacancies simultaneously. The fabricated catalyst P-Co3Fe1/NC-700-10 with optimal O2 plasma treatment time of 10 min can reduce the potential gap between the OER and ORR to 760 mV, which is much lower than commercial 20% Pt/C + RuO2 (910 mV). Density functional theory (DFT) calculation indicates that the synergistic coupling between Co/FeCo alloy NPs and FeCo oxide layer can promote the ORR/OER performance. Both liquid electrolyte RZAB and flexible all-solid-state RZAB using P-Co3Fe1/NC-700-10 as the air-cathode catalyst display high power density, specific capacity and excellent stability. This work provides an effective idea for the development of high performance bifunctional electrocatalyst and the application of RZABs.
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