张静Small:核-壳Co2N/CoP作为Zn-空气电池的高效ORR催化剂

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设计一种经济高效的氧反应还原(ORR)电催化剂对锌-空气电池具有重要意义。基于此,中国科学院大学张静教授(通讯作者)等人报道了一种分层核-壳型ORR催化剂(Co2N/CoP@PNCNTs),其通过热解Co-MOF前驱体的一步碳化、氮化和磷化,将磷化钴和/或氮化钴作为核心嵌入到掺杂N, P的碳纳米管(PNCNTs)作为外壳层。

以双氰胺为N掺杂源、NaH2PO2为P掺杂源,通过热解Co-MOF前驱体构建了Co@C、CoP@PC、Co2N@NCNTs和Co2N/CoP@PNCNTs。有趣的是,CoP在CoP@PC和Co2N/CoP@PNCNTs中仅在800 ℃质量比为1:10(前驱体和NaH2PO2)的条件下存在,而Co2P是在其他情况下出现的。在所有合成的样品中,Co2N/CoP@PNCNTs对ORR和锌-空气电池的电催化活性和稳定性最好。起波电位和半波电位分别为1.07 V和0.85 V。
此外,作者以Co2N/CoP@PNCNTs为空气正极组装的锌-空气电池的开路电位为1.49 V,最大功率密度为151.1 mW cm-2,比容量为823.8 mAh kg-1。这反映了Co2N/CoP@PNCNTs在锌-空气电池中,计时电流测量值可略微下降15 h,具有长期耐用性,并且在10 mA cm-2的电流密度下,具有极好的充放电稳定性,可以忽略150 h的电压衰减。
结果表明,Co2N/CoP@PNCNTs比目前已报道的大多数Co-Nx-C或CoxP@C性能更优异。Co2N/CoP@PNCNTs优异的催化性能和稳定性源于Co2N/CoP和介孔N, P掺杂碳纳米管之间的协同作用。该工作通过将多组分磷化钴与杂原子掺杂碳纳米管相结合,为可持续能源转换系统中的高性能ORR电催化提供了一种新策略。
Hierarchical Core-Shell Co2N/CoP Embedded in N, P-doped Carbon Nanotubes as Efficient Oxygen Reduction Reaction Catalysts for Zn-air Batteries. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202108094.
https://doi.org/10.1002/smll.202108094.



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