MO‐Co@N‐Doped Carbon (M = Zn or Co): Vital Roles of Inactive Zn and Highly Efficient Activity toward Oxygen Reduction/Evolution Reactions for Rechargeable Zn–Air Battery

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作者
Biaohua Chen,Xiaobo He,Fengxiang Yin,Hao Wang,Di-Jia Liu,Run Shi,Biaohua Chen,Hongwei Yin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (37) 被引量:226
标识
DOI:10.1002/adfm.201700795
摘要

A highly efficient bifunctional oxygen catalyst is required for practical applications of fuel cells and metal–air batteries, as oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are their core electrode reactions. Here, the MO‐Co@N‐doped carbon (NC, M = Zn or Co) is developed as a highly active ORR/OER bifunctional catalyst via pyrolysis of a bimetal metal–organic framework containing Zn and Co, i.e., precursor (CoZn). The vital roles of inactive Zn in developing highly active bifunctional oxygen catalysts are unraveled. When the precursors include Zn, the surface contents of pyridinic N for ORR and the surface contents of Co–N x and Co 3+ /Co 2+ ratios for OER are enhanced, while the high specific surface areas, high porosity, and high electrochemical active surface areas are also achieved. Furthermore, the synergistic effects between Zn‐based and Co‐based species can promote the well growth of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) at high pyrolysis temperatures (≥700 °C), which is favorable for charge transfer. The optimized CoZn‐NC‐700 shows the highly bifunctional ORR/OER activity and the excellent durability during the ORR/OER processes, even better than 20 wt% Pt/C (for ORR) and IrO 2 (for OER). CoZn‐NC‐700 also exhibits the prominent Zn–air battery performance and even outperforms the mixture of 20 wt% Pt/C and IrO 2 .
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