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Advanced Materials:MOF衍生出类绣球花状超结构材料
2019-10-09 14:55:48 | 【 【打印】【关闭】

  金属有机框架材料(MOF)具有高的比表面积、丰富的可调控孔道和可修饰的结构, 使之成为了新能源材料领域的研究热点之一。近年来, MOF及其衍生物的合成和应用得到了飞速发展, 被广泛应用于电池, 催化, 药物缓释, 气体分离等领域。然而, 对于MOF衍生物催化活性位点和形貌的精确控制依然面临极大挑战, 尤其是对利用MOF合成和应用超结构碳材料的研究鲜有报道。有鉴于此,  

 

 

  研究者首先以金属盐和有机配体为原料, 在室温下反应生成形貌均一的ZIF-8纳米晶, 然后经过可控的湿化学方法制备了核壳MOF结构。直接碳化核壳MOF会得到结构完整的碳笼材料。有趣的是, 通过控制引入外加Fe离子到MOF中, 碳化MOF后, 会诱使碳笼表面的开放孔道进一步增大形成开放型碳笼结构。在此基础上, 进一步增加Fe离子会有利于表面Fe-Co纳米合金的快速生成。Fe-Co合金一般被认为其在催化碳管生长上具备超高的活性, 从而更有效地催化碳笼表面多壁碳纳米管的生长。而这些碳纳米管会逐渐的有效勾连临近的碳笼颗粒基元, 最终会自发组装成三维有序的类绣球花状的超结构材料。该结构不仅能具备其组成基元碳笼的基本功能外, 还表现出其作为超结构独特的性质, 例如较高的整体导电性和多类活性位点的可控协同复合。使其在氧气还原反应 (oxygen reduction reaction, ORR) 和氧气析出反应 (oxygen evolution reaction, OER)中都表现出超高的多功能催化活性, 进而应用到锌-空气可充电池中, 表现出异乎寻常的超高充放电性能和持久稳定性。实验表明该方法简单有效, 是一种普适方法, 既能实现组成基元的可控有序组装, 又能通过金属离子的加入, 产生多类高效协同催化活性位点, 将可观性和功能性完美统一。

  研究者相信, 此项研究将会为基于MOF制备超结构材料打开了一扇窗户, 并为制备高催化活性的双功能氧气还原/析出催化剂, 并应用于金属-空气可充电池提供新的思路。 

  文章来源:materialsviewschina

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