A(CoFe)(S2)2/CoFe heterostructure constructed in S, N co-doped carbon nanotubes as an efficient oxygen electrocatalyst for zinc-air battery

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.09.213

  过渡金属合金可以表现出协同的金属间效应，从而在氧还原 / 析氧反应（ORR/OER）中获得高活性。然而，由于碱性电解质中活性位点的稳定性不足，传统的合金催化剂仍然不能满足实际需求。在此，以聚吡咯管和钴铁（CoFe）普鲁士蓝类似物为前驱体，通过低温硫化策略在硫（S）和氮（N）共掺杂的碳纳米管（CoFe@NCNTs-nS）中构建了在钴铁合金上原位形成钴铁硫化物的（CoFe）(S2) 2/CoFe 异质结构。标记为 CoFe@NCNTs-12.5S 的样品表现出与 Pt/C（0.903V）相当的 ORR 活性（半波电位为 0.901V）以及优于 RuO2（299mV）的 OER 活性（在 10mA cm−2 时过电位为 272mV）。CoFe@NCNTs-12.5S 还表现出极低的电荷转移电阻（ORR 为 6.36Ω，OER 为 0.21Ω）和出色的 0.617V 的电位差。硫化诱导的（CoFe）(S2) 2/CoFe 异质结可以加速界面电荷转移过程。管状结构不仅分散了（CoFe）(S2) 2/CoFe 异质结构，还减少了活性位点的腐蚀以增强催化稳定性。使用 CoFe@NCNTs-12.5S 的锌空气电池实现了高比容量（718.1mAh g−1），在 400 小时后仍保持 0.957V 的电压差。这项工作揭示了通过原位异质化提高合金的 ORR/OER 活性的界面工程的潜力。