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Modulating the electronic structure of hollow Cu/Cu3P hetero-nanoparticles to boost the oxygen reduction performance in long-lasting Zn-air battery
EcoMat ( IF 10.7 ) Pub Date : 2023-03-01 , DOI: 10.1002/eom2.12335
Yifan Huang 1, 2 , Fantao Kong 1 , Fenglai Pei 3 , Lianzhou Wang 4 , Xiangzhi Cui 1, 2, 5 , Jianlin Shi 1
EcoMat ( IF 10.7 ) Pub Date : 2023-03-01 , DOI: 10.1002/eom2.12335
Yifan Huang 1, 2 , Fantao Kong 1 , Fenglai Pei 3 , Lianzhou Wang 4 , Xiangzhi Cui 1, 2, 5 , Jianlin Shi 1
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Developing cost–benefit and high-performance non-noble metal oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysts is highly imperative for wide applications of renewable energy conversion devices. Herein, a one stone two birds phosphorization strategy has been proposed to synthesize hollow structured Cu/Cu3P heterogeneous nanoparticles supported on N, P co-doped carbon (Cu/Cu3P@NP-Cs). The optimized Cu/Cu3P@NP-C-900 features high ORR performance under both alkaline and acidic conditions. Moreover, the Cu/Cu3P@NP-C-900-drivened Zn-air battery exhibits a substantially higher power density output (148.2 mW cm−2) and stronger charge–discharge stability (300 h, 1805 cycles) than those of Pt/C-equipped counterpart. The cross-interface electron transfer from Cu3P to Cu effectively regulates the d-band center of Cu/Cu3P, thereby leading to the balanced adsorption/desorption energy of oxygen species. Meanwhile, the hollow structure maximizes the exposure of accessible active centers, resulting in much accelerated ORR kinetics. This work proposes an innovative insight for developing hollow hetero-structured catalysts to improve ORR performance.
中文翻译：
调制中空 Cu/Cu3P 异质纳米粒子的电子结构以提高长效锌空气电池的氧还原性能
开发具有成本效益和高性能的非贵金属氧还原反应 (ORR) 电催化剂对于可再生能源转换装置的广泛应用是非常必要的。在此，提出了一种一石二鸟磷化策略来合成负载在 N、P 共掺杂碳上的空心结构 Cu/Cu 3 P 异质纳米粒子 (Cu/Cu 3 P@NP-Cs)。优化后的 Cu/Cu 3 P@NP-C-900 在碱性和酸性条件下均具有高 ORR 性能。此外，Cu/Cu 3 P@NP-C-900 驱动的锌空气电池表现出更高的功率密度输出（148.2 mW cm -2) 和比配备 Pt/C 的对应物更强的充放电稳定性（300 小时，1805 次循环）。从Cu 3 P到Cu的跨界面电子转移有效地调节了Cu/Cu 3 P的d带中心，从而导致氧物种的平衡吸附/解吸能量。同时，中空结构最大限度地暴露了可及活性中心，从而大大加快了 ORR 动力学。这项工作提出了开发空心异质结构催化剂以提高 ORR 性能的创新见解。
更新日期：2023-03-01
中文翻译：
调制中空 Cu/Cu3P 异质纳米粒子的电子结构以提高长效锌空气电池的氧还原性能
开发具有成本效益和高性能的非贵金属氧还原反应 (ORR) 电催化剂对于可再生能源转换装置的广泛应用是非常必要的。在此，提出了一种一石二鸟磷化策略来合成负载在 N、P 共掺杂碳上的空心结构 Cu/Cu 3 P 异质纳米粒子 (Cu/Cu 3 P@NP-Cs)。优化后的 Cu/Cu 3 P@NP-C-900 在碱性和酸性条件下均具有高 ORR 性能。此外，Cu/Cu 3 P@NP-C-900 驱动的锌空气电池表现出更高的功率密度输出（148.2 mW cm -2) 和比配备 Pt/C 的对应物更强的充放电稳定性（300 小时，1805 次循环）。从Cu 3 P到Cu的跨界面电子转移有效地调节了Cu/Cu 3 P的d带中心，从而导致氧物种的平衡吸附/解吸能量。同时，中空结构最大限度地暴露了可及活性中心，从而大大加快了 ORR 动力学。这项工作提出了开发空心异质结构催化剂以提高 ORR 性能的创新见解。
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