Amorphous Bimetallic Oxide–Graphene Hybrids as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Rechargeable Zn–Air Batteries

双金属片 材料科学 无定形固体 石墨烯 氧化物 析氧 双功能 化学工程 催化作用 氧气 纳米技术 无机化学 电化学 金属 电极 冶金 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Wei Li,H. Enis Karahan,Shengli Zhai,Hongwei Liu,Xuncai Chen,Zheng Zhou,Yaojie Lei,Zongwen Liu,Yuan Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (38) 被引量:292
标识
DOI:10.1002/adma.201701410
摘要

Metal oxides of earth‐abundant elements are promising electrocatalysts to overcome the sluggish oxygen evolution and oxygen reduction reaction (OER/ORR) in many electrochemical energy‐conversion devices. However, it is difficult to control their catalytic activity precisely. Here, a general three‐stage synthesis strategy is described to produce a family of hybrid materials comprising amorphous bimetallic oxide nanoparticles anchored on N‐doped reduced graphene oxide with simultaneous control of nanoparticle elemental composition, size, and crystallinity. Amorphous Fe 0.5 Co 0.5 O x is obtained from Prussian blue analog nanocrystals, showing excellent OER activity with a Tafel slope of 30.1 mV dec −1 and an overpotential of 257 mV for 10 mA cm −2 and superior ORR activity with a large limiting current density of −5.25 mA cm −2 at 0.6 V. A fabricated Zn–air battery delivers a specific capacity of 756 mA h g Zn −1 (corresponding to an energy density of 904 W h kg Zn −1 ), a peak power density of 86 mW cm −2 and can be cycled over 120 h at 10 mA cm −2 . Other two amorphous bimetallic, Ni 0.4 Fe 0.6 O x and Ni 0.33 Co 0.67 O x , are also produced to demonstrate the general applicability of this method for synthesizing binary metal oxides with controllable structures as electrocatalysts for energy conversion.
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