Reconstructed Wood Carbon Aerogel with Single-Atom Sites for Flexible Zn–Air Batteries

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作者
Zehong Chen,Linxin Zhong,Zhongxin Chen,Hao Zhuo,Xuan Zhao,Haihong Lai,Tingzhen Li,Yang Jie Wu,Zhao‐Qing Liu,Hao Zhang,Emmanuel Iheanyichukwu Iwuoha,Kasım Ocakoğlu,Xinwen Peng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (26): 23859-23868 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c04945
摘要

Single-atom catalysts (SACs) have become vital air cathodes for metal–air batteries, but fabricating monolithic SACs with high catalytic activity and mechanical strength is currently lacking. Herein, an all-natural wood carbon aerogel with single-atom sites is reconstructed via modulating the multi-interactions within lignocellulosic components. Cellulose nanofiber (CNF) constitutes an oriented scaffold via physical interweaving and strong electrostatic repulsion, while lignosulfonate, acting as a multifunctional bioligand, coordinates with metal ions and forms hydrogen bonds with CNF to prevent the agglomeration of adjacent metal atoms. The resulting carbon aerogel features a biomimetic channel-ordered microstructure with M–N 4 active sites (M = Cu, Fe, and Co), leading to outstanding mechanical elasticity and oxygen reduction and evolution activities with a half-wave potential of 0.881 V. Therefore, the SA-Cu@NCA-based aqueous Zn–air battery (ZAB) exhibits a high specific capacity of 779.3 mA h g –1 and long-term stability, while the flexible ZAB with SA-Cu@NCA as an integrated cathode delivers a high specific capacity and impressive operating stability even under harsh structural deformations. This study presents a viable approach for the sustainable production of flexible SACs for wearable and portable electronics.
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