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Facile synthesis of Fe2P/Co embedded trifunctional electrocatalyst for high-performance anion exchange membrane fuel cells, rechargeable Zn–air batteries, and overall water splitting
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-07-11 , DOI: 10.1039/d2ta03099c
Yang Bai 1 , Yaqin Wang 1 , Zelong Qiao 1 , Yongping Yang 1 , Luanjie Deng 1 , Chuanjie Li 1 , Xiudong Chen 1 , Shitao Wang 1 , Yan Huang 1 , Xianren Zhang 1 , Dapeng Cao 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-07-11 , DOI: 10.1039/d2ta03099c
Yang Bai 1 , Yaqin Wang 1 , Zelong Qiao 1 , Yongping Yang 1 , Luanjie Deng 1 , Chuanjie Li 1 , Xiudong Chen 1 , Shitao Wang 1 , Yan Huang 1 , Xianren Zhang 1 , Dapeng Cao 1
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Designing highly active multifunctional catalysts to meet the demands for fuel cells, metal–air batteries, and water-splitting devices is a top priority. Here, an efficient and novel trifunctional electrocatalyst (Fe2P/Co@NPC) with Fe2P and Co nanoparticles embedded in porous carbon has been developed by facile one-pot pyrolysis. The synergistic effect of Fe2P and Co nanoparticles furnishes Fe2P/Co@NPC with excellent catalytic performance for oxygen reduction reaction (ORR, E1/2 = 0.876 V), oxygen evolution reaction (OER, η10 = 331 mV), and hydrogen evolution reaction (HER, η10 = 235 mV). Significantly, using Fe2P/Co@NPC catalyst as the cathode, the assembled anion exchange membrane fuel cell delivers a peak power density of 1.25 W cm−2. Moreover, the assembled rechargeable Zn–air battery, using Fe2P/Co@NPC as a bifunctional oxygen catalyst, exhibits a maximum power density of 233.56 mW cm−2 and impressive cycle performance. Using Fe2P/Co@NPC as a bifunctional HER and OER catalyst, the overall water electrolyzer also achieves a low voltage of 1.73 V to deliver 10 mA cm−2. This work represents a protocol for the preparation of high efficient trifunctional electrocatalysts using cheaper heteroatom-containing metal–organic small molecules as a precursor for electrochemical energy devices.
中文翻译：
用于高性能阴离子交换膜燃料电池、可充电锌空气电池和整体水分解的 Fe2P/Co 嵌入三功能电催化剂的简便合成
设计高活性多功能催化剂以满足燃料电池、金属-空气电池和水分解装置的需求是重中之重。在这里，通过简便的一锅热解开发了一种高效且新颖的三功能电催化剂（Fe 2 P/Co@NPC），其中 Fe 2 P 和 Co 纳米颗粒嵌入多孔碳中。Fe 2 P和Co纳米粒子的协同作用使Fe 2 P/Co@NPC对氧还原反应（ORR，E 1/2 = 0.876 V）、析氧反应（OER，η 10 = 331 mV）具有优异的催化性能, 和析氢反应 (HER, η 10 = 235 mV)。值得注意的是，使用 Fe2 P/Co@NPC催化剂作为阴极，组装的阴离子交换膜燃料电池提供1.25 W cm -2的峰值功率密度。此外，组装的可充电锌空气电池使用 Fe 2 P/Co@NPC 作为双功能氧催化剂，具有 233.56 mW cm -2的最大功率密度和令人印象深刻的循环性能。使用 Fe 2 P/Co@NPC 作为双功能 HER 和 OER 催化剂，整个水电解槽还实现了 1.73 V 的低电压以提供 10 mA cm -2的电流。这项工作代表了一种使用更便宜的含杂原子金属-有机小分子作为电化学能源装置的前体来制备高效三功能电催化剂的方案。
更新日期：2022-07-15
中文翻译：
用于高性能阴离子交换膜燃料电池、可充电锌空气电池和整体水分解的 Fe2P/Co 嵌入三功能电催化剂的简便合成
设计高活性多功能催化剂以满足燃料电池、金属-空气电池和水分解装置的需求是重中之重。在这里，通过简便的一锅热解开发了一种高效且新颖的三功能电催化剂（Fe 2 P/Co@NPC），其中 Fe 2 P 和 Co 纳米颗粒嵌入多孔碳中。Fe 2 P和Co纳米粒子的协同作用使Fe 2 P/Co@NPC对氧还原反应（ORR，E 1/2 = 0.876 V）、析氧反应（OER，η 10 = 331 mV）具有优异的催化性能, 和析氢反应 (HER, η 10 = 235 mV)。值得注意的是，使用 Fe2 P/Co@NPC催化剂作为阴极，组装的阴离子交换膜燃料电池提供1.25 W cm -2的峰值功率密度。此外，组装的可充电锌空气电池使用 Fe 2 P/Co@NPC 作为双功能氧催化剂，具有 233.56 mW cm -2的最大功率密度和令人印象深刻的循环性能。使用 Fe 2 P/Co@NPC 作为双功能 HER 和 OER 催化剂，整个水电解槽还实现了 1.73 V 的低电压以提供 10 mA cm -2的电流。这项工作代表了一种使用更便宜的含杂原子金属-有机小分子作为电化学能源装置的前体来制备高效三功能电催化剂的方案。
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