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

电催化剂 双功能 材料科学 析氧 化学工程 电池(电) 共价键 表面改性 纳米技术 无机化学 电化学 电极 催化作用 物理化学 化学 有机化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
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:10
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 CoOx (Co3O4/CoO) nanoparticles embedded in lamellar carbon nanofibers is derived from a Co2+-anchored covalent-organic framework. The as-fabricated electrocatalyst (CoOx@NC-800) exhibits a half-wave potential (E1/2) of 0.89 V with ultrahigh long-term stability (100% current retention after 3000 CV cycles). Together with promising OER performance, the CoOx@NC-800 based reversible Zn-air battery displays a small potential gap (0.70 V), superior to that of the commercial 20% Pt/C + RuO2. The density functional theory (DFT) calculations reveal that the remarkable electrocatalytic performance and stability of CoOx@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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