開發高效穩定的析氧/氧還原反應(OER/ORR)雙功能電催化劑是鋅-空氣電池（ZABs）應用的關鍵和挑戰。在這項工作中，成功地制備了還原氧化石墨烯封裝、金屬有機框架(MOF)衍生的NiCo雙金屬納米顆粒基雙功能催化劑(NiCo@rGo)。片狀的rGo和MOF衍生物相互纏繞，形成了較大的比表面積和豐富的孔隙結構，有利于活性催化位點的暴露，同時保證了催化劑較高的電子導電性。與單金屬鈷納米顆粒相比，鈷和鎳納米顆粒的協同作用豐富了活性中心，提高了本征催化活性，從而提高了催化性能。得益于上述優點，NiCo@rGo表現出高效的催化活性，在10 mA cm
-2條件下，氧還原半波電位為0.85 V，析氧過電位為460 mV。此外，NiCo@rGo的鋅-空氣電池的開路電壓為1.49 V，峰值功率密度高達110.45 mW cm
-2，并且在180小時內具有優異的穩定性。這為構建高性能ZABs的雙金屬還原氧化石墨烯復合材料提供了參考。
圖1. NiCo@rGo制備工藝原理圖。
圖2. (a,b) Ni@ZIF-67和NiCo@rGO的SEM圖像;(c,d) NiCo@rGO的TEM圖像，(e) NiCo@rGO的HRTEM圖像;(f) Ni(111)和Co(111)平面的逆FFT點陣圖像和點陣間距圖像;(g) NiCo@rGo的TEM元素映射。
圖3. (a) ZIF-67、Ni@ZIF-67和NiCo@rGO樣品的XRD圖譜;(b,c) NiCo@rGO, Ni@ZIF-67@GO, Co@rGO的N
2吸附-脫附等溫線及其孔徑分布;(d-g) NiCo@rGO的Co 2p、Ni 2p、N 1 s和O 1 s XPS譜;NiCo@rGO在(h) ORR和(i) OER的不同電位下的原位拉曼光譜。
圖4. NiCo@rGO、Ni@ZIF-67@GO、Co@rGO和Pt/C 的(a) ORR的LSV曲線及(b)對應的Tafel曲線;(c) ORR的EIS曲線;(d) NiCo@rGO在不同轉速下ORR的LSV曲線和(e) NiCo@rGO在不同電壓下對應的K-L圖;(f) 1600 rpm時NiCo@rGO、Ni@ZiF-67@GO、Co@rGO和Ir/C的OER LSV曲線;(g) OER的EIS曲線;(h) NiCo@rGO和Ir/C OER的計時電流法曲線;(i)標準自由能OER/ORR通路圖。
圖5. (a)鋅-空氣電池原理圖;(b) NiCo@rGo基電池開路電壓;(c)功率密度和放電極化曲線; NiCo@rGo和Ir/C Pt/C電池(d) 10 mA cm
-2時的比容量和(e)長期充/放電測試。
相關研究成果由河北工業大學機械工程學院、省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室、河北省機器人感知與人機融合重點實驗室Bo Zhu等人于2022年發表在Journal of Electroanalytical Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2022.116946)上。原文：Graphene-wrapped bimetallic nanoparticles bifunctional electrocatalyst for rechargeable Zn-air battery。
轉自《石墨烯研究》公眾號
