CuCo Bimetallic Oxide Quantum Dot Decorated Nitrogen‐Doped Carbon Nanotubes: A High‐Efficiency Bifunctional Oxygen Electrode for Zn–Air Batteries

材料科学 双功能 碳纳米管 电极 析氧 氧化物 碳纤维 双金属片 化学工程 无机化学 催化作用 电催化剂 纳米技术 电化学 电解质 冶金 金属 复合材料 复合数 物理化学 化学 工程类 生物化学
作者
Hui Cheng,Meiling Li,Chang‐Yuan Su,Nan Li,Zhao‐Qing Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (30) 被引量:382
标识
DOI:10.1002/adfm.201701833
摘要

The large‐scale production of metal–air batteries, an appealing solution for next‐generation energy storage, requires low‐cost, earth‐abundant, and efficient oxygen electrode materials, yet insights into active catalyst structures and synergistic reactivity remain largely unknown. Here, a new bifunctional oxygen electrode based on nitrogen‐doped carbon nanotubes decorated by spinel CuCo 2 O 4 quantum dots (CuCo 2 O 4 /N‐CNTs) is reported, outperforming the benchmark of state‐of‐the‐art noble metal catalysts. Combining spectroscopic characterization and electrochemical studies, a prominent synergetic effect between CuCo 2 O 4 and N‐doped carbon nanotubes is uncovered: the high conductivity, large active surface area, and increase in the number of catalytic sites induced by Cu doping (i.e., Cu 2+ and CuN) can be beneficial to the overall electrocatalytic activities. Remarkably, the native flexibility of CuCo 2 O 4 /N‐CNTs allows its direct use as reversible oxygen electrodes in Zn–air batteries either with liquid alkaline electrolyte or in the all‐solid‐state configuration. The prepared devices demonstrate excellent discharging/charging performance, large energy density (83.83 mW cm −2 in liquid state, 1.86 W g −1 in all‐solid‐state), and long lifetime (48 h in liquid state, 9 h in all‐solid‐state), holding great promise in the practical application of rechargeable metal–air batteries and other fuel cells.
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