Heteroatom-doped carbon attached to ultra-fine Fe-NiCoP as high-performance oxygen electrocatalyst for Zn-air batteries

杂原子 双功能 材料科学 双金属片 电催化剂 催化作用 析氧 磷化物 纳米颗粒 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 电极 电化学 物理化学 有机化学 戒指(化学) 工程类
作者
Shucheng Ren,Li Liu,Fandi Meng,Yongli Liu,Yushi Xie,Hong Sun,Yang Yang,Haile Yan,Fuhui Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:65: 103086-103086 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103086
摘要

The construction of efficient and durable electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) remains a challenge for rechargeable Zn-air batteries (ZABs). Bimetallic phosphide (NiCoP) holds considerable promise as a bifunctional catalyst. Here, an efficient NiCoP-based bifunctional electrocatalyst was fabricated using PCN-222-assembled organophosphorus complexes, specifically 1,1-bis(diphenylphosphine)ferrocene (DPPF). These DPPF complexes serve as sources of phosphorus and metals, undergoing in-situ conversion into Fe-doped NiCoP nanoparticles (Fe-NiCoP) while simultaneously constructing a heteroatom-doped carbon matrix (NPC). The final catalytic structure, composed of ultra-fine Fe-NiCoP nanoparticles confined within the NPC, exhibits superior bifunctional electrocatalytic activity (with a ΔEgap of 0.69 V between OER and ORR) and exceptional stability. In-situ Raman spectroscopy and DFT calculations reveal that the high performance arises from the synergistic effect of Fe-NiCoP and NPC, where Fe-NiCoP triggers the catalytic activity of the attached NPC. The calculated active site is identified as the C atom near the N atom on the NPC, lowering the potential barrier for O-containing intermediate compounds and enhancing the catalytic performance. In addition, NPC protects the Fe-NiCoP core from oxidation during battery cycles, allowing ZABs equipped with this catalyst to achieve high power density and long-term cycling performance.
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