Iminodiacetonitrile induce-synthesis of two-dimensional PdNi/Ni@carbon nanosheets with uniform dispersion and strong interface bonding as an effective bifunctional eletrocatalyst in air-cathode

双功能 材料科学 析氧 电催化剂 过电位 碳纤维 阴极 催化作用 化学工程 四方晶系 电化学 纳米技术 电极 复合数 物理化学 化学 有机化学 相(物质) 复合材料 工程类
作者
Zhijuan Li,Hao Li,Meng Li,Jinrui Hu,Yuanyuan Liu,Dongmei Sun,Gengtao Fu,Yawen Tang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:42: 118-128 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.07.027
摘要

Developing highly-active, stable and conductive bifunctional electrocatalysts towards both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is a key step for rechargeable Zn-air batteries. From unique molecular structure of iminodiacetonitrile (IDAN), herein we design and build a novel organometallic coordination polymer (OCP) for the synthesis of hierarchical N-doped carbon nanosheets anchored PdNi/Ni hybrids (PdNi/[email protected]). The cyano ligands in IDAN can form a low spin planar tetragonal complex with M2+ (M=Pd and Ni) by dsp2 hybridization, while the amino ligands tend to form a high spin tetrahedral complex with M2+ by sp3 hybridization, which not only induce the formation of 2D carbon nanosheets, but also strengthen metal-carbon interaction after the pyrolysis. The optimized PdNi/[email protected] can function as an outstanding bifunctional electrocatalyst, presenting a positive half-wave potential of 0.89 V towards ORR and a low overpotential of 360 mV at 10 mA cm−2 towards OER, out-performing commercial precious-metal benchmarks. Theoretical calculations are performed to analyze the alloying effects of PdNi and identify the potential active sites for ORR/OER. Furthermore, the PdNi/[email protected] as an air-cathode can enable rechargeable liquid and flexible all-solid-state Zn–air batteries to achieve higher power density and longer cycle life than costly Pd/C+RuO2-driven batteries. This work offers a potential molecular design strategy for the development of efficient electrocatalysts for energy storage and conversion.
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