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Enhanced performance of carbon-coated manganese catalysts derived from metal-organic framework for rechargeable zinc-air batteries
Surface & Coatings Technology ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-01-02 , DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126786
Sheraz Ahmed , Joongpyo Shim , Ho-Jung Sun , Gyungse Park

The wide structural versatility of the Metal-Organic Framework (MOF) is considered to be potential catalysts. In this work, [Mn (BDC). nDMF]n was synthesized by the reaction of 1,4-benzene dicarboxylic acid (1,4-BDC) with Manganese (II) nitrate using a solvothermal method. The [Mn (BDC). nDMF]n crystals were calcined for 2 h to produce Mn-MOF derived catalysts (C@MnO catalysts). The formation of MnO crystals was investigated by the X-ray diffraction (XRD) and the Raman Spectroscopy analyzed the graphitization. The resulting catalysts, C@MnO are highly porous with a high specific surface area of 291.62 m2/g at 700 °C. After calcination, Ni deposition was performed, to produce Ni@C@MnO on which Ni-atoms are deposited on the surface of MnO. The surface area reduces to 214.09 m2/g at 700 °C and the structure is distorted due to deposition. Numerous characterization techniques, including XRD, SEM, EDS, TGA, and Raman, strongly support the effective incorporation of Mn and Ni into the material frameworks. When applied as a cathode for Zinc-air battery, the Ni@C@MnO electrode delivered a high current density of 0.206 Acm−2 for the OER. The cyclic test for charging-discharging was performed for 152 cycles revealing a potential catalyst, having splendid stability for the OER and ORR.



中文翻译:

源自金属有机骨架的碳包覆锰催化剂的可充电锌空气电池性能增强,源自金属有机骨架的碳包覆锰催化剂的可充电锌空气电池性能增强,源自金属有机骨架的碳包覆锰催化剂的可充电锌空气电池性能增强

金属有机骨架(MOF)广泛的结构通用性被认为是潜在的催化剂。在这项工作中,[Mn(BDC)。通过溶剂热法使1,4-苯二甲酸(1,4-BDC)与硝酸锰(II)反应合成nDMF] n。[Mn(BDC)。将nDMF] n晶体煅烧2小时,以生产Mn-MOF衍生的催化剂(C @ MnO催化剂)。通过X射线衍射(XRD)研究了MnO晶体的形成,拉曼光谱分析了石墨化。生成的催化剂C @ MnO是高度多孔的,具有291.62 m 2的高比表面积/ g在700°C。煅烧后,进行Ni沉积,以产生Ni @ C @ MnO,其上的Ni原子沉积在MnO的表面上。在700°C下表面积减少到214.09 m 2 / g,并且由于沉积而使结构变形。多种表征技术,包括XRD,SEM,EDS,TGA和拉曼,强烈支持将Mn和Ni有效地掺入材料骨架中。当用作锌空气电池的阴极时,Ni @ C @ MnO电极为OER提供了0.206 Acm -2的高电流密度。进行了152次循环的充放电循环试验,揭示了潜在的催化剂,对OER和ORR具有出色的稳定性。

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金属有机骨架(MOF)广泛的结构通用性被认为是潜在的催化剂。在这项工作中,[Mn(BDC)。通过溶剂热法使1,4-苯二甲酸(1,4-BDC)与硝酸锰(II)反应合成nDMF] n。[Mn(BDC)。将nDMF] n晶体煅烧2小时,以生产Mn-MOF衍生的催化剂(C @ MnO催化剂)。通过X射线衍射(XRD)研究了MnO晶体的形成,拉曼光谱分析了石墨化。生成的催化剂C @ MnO是高度多孔的,具有291.62 m 2的高比表面积/ g在700°C。煅烧后,进行Ni沉积,以产生Ni @ C @ MnO,其上的Ni原子沉积在MnO的表面上。在700°C下表面积减少到214.09 m 2 / g,并且由于沉积而使结构变形。多种表征技术,包括XRD,SEM,EDS,TGA和拉曼,强烈支持将Mn和Ni有效地掺入材料骨架中。当用作锌空气电池的阴极时,Ni @ C @ MnO电极为OER提供了0.206 Acm -2的高电流密度。进行了152次循环的充放电循环试验,揭示了潜在的催化剂,对OER和ORR具有出色的稳定性。

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金属有机骨架(MOF)广泛的结构通用性被认为是潜在的催化剂。在这项工作中,[Mn(BDC)。通过溶剂热法使1,4-苯二甲酸(1,4-BDC)与硝酸锰(II)反应合成nDMF] n。[Mn(BDC)。将nDMF] n晶体煅烧2小时,以生产Mn-MOF衍生的催化剂(C @ MnO催化剂)。通过X射线衍射(XRD)研究了MnO晶体的形成,拉曼光谱分析了石墨化。生成的催化剂C @ MnO是高度多孔的,具有291.62 m 2的高比表面积/ g在700°C。煅烧后,进行Ni沉积,以产生Ni @ C @ MnO,其上的Ni原子沉积在MnO的表面上。在700°C下表面积减少到214.09 m 2 / g,并且由于沉积而使结构变形。多种表征技术,包括XRD,SEM,EDS,TGA和拉曼,强烈支持将Mn和Ni有效地掺入材料骨架中。当用作锌空气电池的阴极时,Ni @ C @ MnO电极为OER提供了0.206 Acm -2的高电流密度。进行了152次循环的充放电循环试验,揭示了潜在的催化剂,对OER和ORR具有出色的稳定性。

更新日期:2021-01-14
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