A Single-Crystal Open-Capsule Metal–Organic Framework

化学 电催化剂 金属有机骨架 磷化物 碳纤维 纳米囊 催化作用 化学工程 纳米技术 热解 纳米颗粒 电极 有机化学 材料科学 复合材料 电化学 复合数 工程类 物理化学 吸附
作者
Yong‐Sheng Wei,Mei Zhang,Mitsunori Kitta,Zheng Liu,Satoshi Horike,Qiang Xü
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (19): 7906-7916 被引量:199
标识
DOI:10.1021/jacs.9b02417
摘要

Micro-/nanocapsules have received substantial attention due to various potential applications for storage, catalysis, and drug delivery. However, their conventional enclosed non-/polycrystalline walls pose huge obstacles for rapid loading and mass diffusion. Here, we present a new single-crystal capsular-MOF with openings on the wall, which is carefully designed at the molecular level and constructed from a crystal-structure transformation. This rare open-capsule MOF can easily load the largest amounts of sulfur and iodine among known MOFs. In addition, derived from capsular-MOF and melamine through pyrolysis-phosphidation, we fabricated a nitrogen-doped capsular carbon-based framework with iron-nickel phosphide nanoparticles immobilized on capsular carbons interconnected by plentiful carbon nanotubes. Benefiting from synergistic effects between the carbon framework and highly surface-exposed phosphide sites, the material exhibits efficient multifunctional electrocatalysis for oxygen evolution, hydrogen evolution, and oxygen reduction, achieving well-qualified assemblies of an overall water splitting (low potential of 1.59 V at 10 mA·cm-2) and a rechargeable Zn-air battery (high peak power density of 250 mW·cm-2 and excellent stability for 500 h), which afford remarkably practical prospects over previously known electrocatalysts.

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