Electronic structure modification of FeWO4 through F doping for enhanced oxygen reduction performance in zinc–air batteries

过电位 材料科学 催化作用 化学工程 兴奋剂 电解质 吸附 无机化学 电化学 物理化学 电极 化学 有机化学 冶金 光电子学 工程类
作者
Jianchun Wu,Xiaolin Shen,Huan Wang,Daijie Deng,Suqin Wu,Yue Gong,Linhua Zhu,Li Xu,Henan Li
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier]
卷期号:38: 101274-101274 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101274
摘要

Exploring efficient and stable oxygen reduction reaction (ORR) catalysts for zinc-air batteries (ZABs) holds tremendously significant. Tungsten-based materials have attracted the attention of researchers thanks to abundant resources and excellent stability. Nevertheless, due to the strong adsorption energy for O-containing intermediates, *O and *OH are difficult to desorb from tungsten-based materials during ORR. Here, an F-doping strategy was employed to construct F-doped FeWO4 species composited on a multi-dimensional N-doped carbon (F–FeWO4/NC) as the ORR catalyst for ZABs. The incorporation of F atoms into the main lattice of FeWO4 enhanced the polarity of chemical bonds in FeWO4 through hydrogen bond interactions between H2O molecules and F atoms, further enhancing the polarity and hydrophilicity of F–FeWO4/NC. These changes favored the adsorption and desorption of intermediates as well as the diffusion of electrolyte, and ultimately reduced the ORR overpotential. Therefore, the F–FeWO4/NC catalyst demonstrated excellent ORR activity (E1/2 = 0.85 V vs. RHE). Furthermore, the ZAB with F–FeWO4/NC yielded satisfactory a specific capacity of 800.2 mAh g−1, a peak power density of 173.5 mW cm−2, and charge-discharge cycling stability (over 170 h at 5 mA cm−2). This study is beneficial to improve the ORR intrinsic activity of cheap tungsten-based materials and provides theoretical guidance for their practical application in ZABs.
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