In-situ enriching active sites on co-doped Fe-Co4N@N-C nanosheet array as air cathode for flexible rechargeable Zn-air batteries

纳米片 电催化剂 电池(电) 双功能 材料科学 化学工程 阴极 析氧 催化作用 电化学 电极 化学 纳米技术 有机化学 物理化学 量子力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Qiucheng Xu,Hao Jiang,Yuhang Li,Da Liang,Yanjie Hu,Chunzhong Li
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:256: 117893-117893 被引量:179
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2019.117893
摘要

The sluggish oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) kinetics in air cathode severely refrain the development of the reversible Zn-air battery. Herein, we report the design and synthesis of co-doped Fe-Co4[email protected] nanosheet array derived from MOF precursor on carbon cloth as the dual-functional electrocatalyst to boost the reaction kinetics. The Fe, N co-doping significantly promotes the generation of abundant Pyridinic-N-M active sites for ORR due to the strong coordination effect between metal center and pyridinic nitrogen. The enriched Co3+ sites concurrently motivate the formation of targeted *OOH intermediates during OER with decreased charge transfer resistance. Such electrocatalyst therefore delivers high catalytic activity for both ORR and OER. When applied as air cathode for liquid Zn-air battery, the device exhibits a high specific energy density of 934 Wh kg−1 with excellent cycling stability, which is superior to the referenced Pt and Ru-based Zn-air batteries. Flexible solid-state Zn-air battery can also achieve a high volumetric power density of 72 mW cm-3 and good cycling durability under different bending states. This work gives a facile and cost-efficient strategy to construct bifunctional flexible electrode with enriched active sites for Zn-air batteries.
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