Developing nonprecious electrocatalysts with bifunctional performances for oxygen reduction (ORR) and evolution reactions (OER) remains a crucial challenge in rechargeable Zn-air batteries (RZABs). In this study, we report the synthesis of a three-dimensional (3D) porous N, P-doped carbon-wrapped cobalt phosphide composite (Co₂P@3DNPC) via direct calcination of a novel organic/inorganic porous coordination polymer by an in-situ phosphating strategy. DFT calculations demonstrate the intricate interactions occurring during the PEI-directed grinding self-assembly process among Co²⁺, phytic acid (PA), and polyethylenimine (PEI). Specifically, Co²⁺ ions initially adsorb onto PEI molecules before integrating with PA to form a 3D coordination polymer matrix. As-fabricated Co₂P@3DNPC composite exhibits impressive ORR/OER bifunctional performances, with a half-wave potential of 0.78 V and an overpotential of 1.71 V, respectively. Its bifunctional activities enable a power density of 148.5 mW cm^–2 in rechargeable ZABs, with remarkable stability (> 480 h) during a discharge-charge cycle. The interconnected porous structure and embedded Co₂P nanoparticles optimize the electrode-electrolyte interfacial contact, boosting energy density and cycle life of as-assembled ZABs. This innovative approach paves the way for efficient, cost-effective production of bifunctional electrocatalysts for RZABs.

中文翻译：

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用于双功能氧电催化剂的配位聚合物衍生过渡金属磷化物/碳复合材料


开发具有氧还原 （ORR） 和析出反应 （OER） 双功能性能的非贵金属电催化剂仍然是可充电锌空气电池 （RZAB） 的关键挑战。在这项研究中，我们报道了通过原位磷化策略直接煅烧新型有机/无机多孔配位聚合物合成三维 （3D） 多孔 N，P 掺杂碳包裹磷化钴复合材料 （Co₂P@3DNPC）。DFT 计算表明，在 PEI 定向研磨自组装过程中，Co²⁺、植酸 （PA） 和聚乙烯亚胺 （PEI） 之间发生的复杂相互作用。具体来说，Co²⁺ 离子最初吸附在 PEI 分子上，然后与 PA 结合形成 3D 配位聚合物基质。制备的 Co₂P@3DNPC 复合材料表现出令人印象深刻的 ORR/OER 双功能性能，半波电位分别为 0.78 V 和 1.71 V。它的双功能活性使可充电 ZAB 的功率密度达到 148.5 mW cm^–2，在放电-充电循环期间具有显着的稳定性 （> 480 h）。互连的多孔结构和嵌入的 Co₂P 纳米颗粒优化了电极-电解质界面接触，提高了组装后的 ZAB 的能量密度和循环寿命。这种创新方法为高效、经济地生产用于 RZAB 的双功能电催化剂铺平了道路。