Rare-Earth-Based Bimetallic Metal–Organic Frameworks Promote Oxygen Electrocatalysis for Rechargeable Zn–Air Batteries

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作者
Fangqing Liu,Hui Peng,Yumao Kang,Yaxin Hao,Lifang Li,Hongyuan Xin,Huichun Kang,Wei Wang,Ziqiang Lei
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (33): 10978-10988 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c03045
摘要

Metal–organic frameworks (MOF) are versatile and good structurally stable materials that are widely used in energy conversion and storage. In this work, rare-earth-based bimetallic metal–organic framework (NiY-BTC) nanorods anchored with transition metal–organic frameworks (ZIF-67) were used as versatile precursors to prepare novel metal/rare-earth metal oxide-coupled carbon-based bifunctional oxygen electrocatalysts (NiY/C@Co/C). Due to the stable nanorods framework structure, appropriate Y2O3 active center, and richness of Co–N sites in the carbon skeletons, the NiY/C@Co/C catalyst exhibits high onset potentials (Eonset = 0.928 V) and half-wave potential (E1/2 = 0.83 V) for the oxygen reduction reaction (ORR), and expresses a low overpotential (η = 392 mV@10 mA cm–2) for the oxygen evolution reaction (OER). Moreover, a rechargeable Zn–air battery assembled with NiY/C@Co/C as the air cathode catalyst displayed a great specific capacity (899.6 mAh gZn–1) and a remarkable peak power density of 102.2 mW cm–2, as well as excellent durability and stability. This work delivers a way using rare-earth metal–organic frameworks to get the corresponding metal oxide-coupled carbon-based bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable Zn–air batteries.
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