Unveiling the Dynamic Pathways of Metal–Organic Framework Crystallization and Nanoparticle Incorporation for Li–S Batteries

纳米笼 材料科学 成核 结晶 纳米颗粒 化学工程 金属有机骨架 纳米技术 烧结 纳米晶 透射电子显微镜 吸附 催化作用 化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Xiaohui Song,Rui Huang,Xingyu Zhang,Qiang Chang,Semi Kim,Da-Eun Jeong,Qian Hou,Juyeong Kim,Edison Huixiang Ang,Xiaowei Su,Xuyong Feng,Hongfa Xiang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202407984
摘要

Abstract Metal–organic frameworks (MOFs) present diverse building blocks for high‐performance materials across industries, yet their crystallization mechanisms remain incompletely understood due to gaps in nucleation and growth knowledge. In this study, MOF structural evolution is probed using in situ liquid phase transmission electron microscopy (TEM) and cryo‐TEM, unveiling a blend of classical and nonclassical pathways involving liquid–liquid phase separation, particle attachment–coalescence, and surface layer deposition. Additionally, ultrafast high‐temperature sintering (UHS) is employed to dope ultrasmall Cobalt nanoparticles (Co NPs) uniformly within nitrogen‐doped hard carbon nanocages confirmed by 3D electron tomography. Lithium–sulfur battery tests demonstrate the nanocage‐Co NP structure's exceptional capacity and cycling stability, attributed to Co NP catalytic effects due to its small size, uniform dispersion, and nanocage confinement. The findings propose a holistic framework for MOF crystallization understanding and Co NP tunability through ultrafast sintering, promising advancements in materials science and informing future MOF synthesis strategies and applications.
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