Cobalt nanoparticles encapsulated in iron and nitrogen co-doped urchin-like porous carbons as an efficient bifunctional oxygen reversible catalyst for Zn-air batteries

双功能 催化作用 纳米颗粒 电催化剂 析氧 化学工程 材料科学 双功能催化剂 碳纤维 无机化学 化学 纳米技术 电极 电化学 有机化学 工程类 物理化学 复合数 复合材料
作者
Yuguang Zhu,Shunlian Ning,Xiaolong Yu,Xiaojun Niu,Minzhe Chen,Wei Zhou,Dengke Zhao,Zilong Li,Nan Wang,Nanwen Li,Ligui Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:436: 135191-135191 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135191
摘要

Design of the cheap and high-efficiency catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is imperative for rechargeable Zn-batteries (r-ZABs). Herein, the cobalt nanoparticles encapsulated in iron and nitrogen co-doped urchin-like porous carbons ([email protected]/C) as a bifunctional electrocatalyst for ORR and OER is fabricated via a facile pyrolysis treatment. The [email protected]/C catalyst displays a typical urchin-like morphology anchored with numerous CNTs and many monodispersed cobalt nanoparticles are encapsulated in the carbon matrices, which not only enable effective and fast electron transfer, but also can prevent Co nanoparticles from surface oxidation and agglomeration-induced activity degradation, thus improving the electrocatalytic activities and durability. The [email protected]/C catalyst exhibits a superb ORR/OER catalytic activities with a low reversible oxygen potential gap (0.67 V), surpassing the commercial Pt/C and RuO2 catalysts (0.69 V). Liquid r-ZAB constructed with [email protected]/C as the air cathode manifest outstanding energy density (802 mAh g−1), superb charge/discharge performance and excellent reversibility and durability compared to the precious metal couple catalysts. The remarkable bifunctional catalytic activities are due to the synergistic effect of Co nanoparticles and Fe-Nx/C substrates.
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