An Ultrastable Bifunctional Electrocatalyst Derived from a Co2+-Anchored Covalent–Organic Framework for High-Efficiency ORR/OER and Rechargeable Zinc–Air Battery

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作者
Mengfei Li,Qianqian Yang,Lili Fan,Xiaojie Dai,Zixi Kang,Rongming Wang,Daofeng Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (33): 39448-39460 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09114
摘要

It remains a great challenge to develop alternative electrocatalysts with high stability for the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Herein, a bifunctional electrocatalyst composed of hollow CoO x (Co 3 O 4 /CoO) nanoparticles embedded in lamellar carbon nanofibers is derived from a Co 2+ -anchored covalent–organic framework. The as-fabricated electrocatalyst (CoO x @NC-800) exhibits a half-wave potential ( E 1/2 ) of 0.89 V with ultrahigh long-term stability (100% current retention after 3000 CV cycles). Together with promising OER performance, the CoO x @NC-800 based reversible Zn–air battery displays a small potential gap (0.70 V), superior to that of the commercial 20% Pt/C + RuO 2 . The density functional theory (DFT) calculations reveal that the remarkable electrocatalytic performance and stability of CoO x @NC-800 are attributed to the optimized adsorption of the *OOH intermediate and reduced free energy of the potential-limiting step. This study establishes the functionalization of COF structure for fabrication of high-performance carbon-based electrocatalysts.
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