Dual‐Phasic Carbon with Co Single Atoms and Nanoparticles as a Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Batteries

电催化剂 双功能 材料科学 纳米颗粒 碳纳米管 纳米技术 催化作用 析氧 化学工程 碳纤维 过电位 双功能催化剂 电化学 电极 化学 有机化学 物理化学 复合数 复合材料 工程类
作者
Jincheng Li,Yu Meng,Lili Zhang,Guanzhou Li,Zhicong Shi,Peng‐Xiang Hou,Chang Liu,Hui‐Ming Cheng,Minhua Shao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (42) 被引量:198
标识
DOI:10.1002/adfm.202103360
摘要

Abstract The great interest in rechargeable Zn–air batteries (ZABs) arouses extensive research on low‐cost, high‐active, and durable bifunctional electrocatalysts to boost the sluggish oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). It remains a great challenge to simultaneously host high‐active and independent ORR and OER sites in a single catalyst. Herein a dual‐phasic carbon nanoarchitecture consisting of a single‐atom phase for the ORR and nanosized phase for the OER is proposed. Specifically, single Co atoms supported on carbon nanotubes (single‐atom phase) and nanosized Co encapsulated in zeolitic‐imidazole‐framework‐derived carbon polyhedron (nanosized phase) are integrated together via carbon nanotube bridges. The obtained dual‐phasic carbon catalyst shows a small overpotential difference of 0.74 V between OER potential at 10 mA cm −2 and ORR half‐wave potential. The ZAB based on the bifunctional catalyst demonstrates a large power density of 172 mW cm −2 . Furthermore, it shows a small charge‐discharge potential gap of 0.51 V at 5 mA cm −2 and outstanding discharge‐charge cycling durability. This study provides a feasible design concept to achieve multifunctional catalysts and promotes the development of rechargeable ZABs.
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