Carbon nanotube-encapsulated Co/Co3Fe7 heterojunctions as a highly-efficient bifunctional electrocatalyst for rechargeable zinc-air batteries

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.04.025

 在氧电催化中，如何合理设计具有合理结构和长期稳定性的低成本催化剂是一个关键问题。在此，采用原位生长策略构建了一种形状结构，将均匀分散的 Co/Co3Fe7 异质结封装在氮掺杂碳纳米管中（Co/Co3Fe7@NCNTs）。空心的钴铁层状双氢氧化物棱柱作为牺牲剂用于 Co/Co3Fe7 纳米粒子的原位生长，同时也催化了竹状氮掺杂碳纳米管的生长。管状结构不仅通过 Co 和 Co3Fe7 之间的相互作用加速电荷转移，还限制了粒子的聚集，从而促进了四电子氧还原/析氧反应（ORR/OER）动力学并稳定了双功能活性。在 800℃下热解得到的 Co/Co3Fe7@NCNTs-800 表现出卓越的 ORR 活性（半波电位为 0.89V）和耐甲醇性。同时，Co/Co3Fe7@NCNTs-800 表现出较小的 OER 过电位为 280mV，在经过 1000 次循环伏安（CV）循环后仅增加了 9mV。其出色的双功能（电位差为 0.62V）归因于 Co/Co3Fe7 异质界面处的电子结构调制。值得注意的是，作为可充电锌空气电池的空气阴极，它也具有高性能，显示出高功率密度（165mW cm−2）和比容量（770.5mAh kg−1）。这项工作为促进具有异质界面的合金催化剂的发展提供了新的参考。