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Vapor‐Assisted Catalysis Enables Precise Construction of MOF‐Derived Hierarchical Carbon Nanoarrays for High‐Performance Supercapacitors

超级电容器 材料科学 杂原子 纳米技术 纳米片 催化作用 碳纤维 电容 比表面积 热解 碳纳米管 纳米颗粒 化学工程 储能 纳米结构 焊剂(冶金) 电化学 可达表面积 碳纳米纤维 纳米材料 电极 金属有机骨架 互连 硫化 纳米管
作者
Xiaoyang Deng,Zihao Wan,Huan Xin,Xiaoguang Wang,Wenjuan Wang,Feixiong Chen,Liying Ma,Naiqin Zhao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e24363-e24363
标识
DOI:10.1002/advs.202524363
摘要

ABSTRACT The synthesis of MOF‐derived carbons with high surface area and conductivity is challenged by a fundamental trade‐off between architectural preservation and catalytic graphitization. Here, we introduce a spatially decoupled, vapor‐assisted pyrolysis strategy where a Co‐MOF precursor array is physically separated from a vapor‐generating Zn‐MOF auxiliary. During pyrolysis, a remote Zn vapor flux simultaneously preserves the precursor's nanosheet morphology by suppressing Co nanoparticle aggregation and catalytically grows dense carbon nanotube (CNT) arrays. This process yields an integrated 0D–1D–2D hierarchical carbon architecture with high surface area and graphitization. As a self‐supporting supercapacitor electrode, the optimized material delivers a specific capacitance of 360 F g −1 , excellent rate capability (53% retention at 50 A g −1 ), and robust cycling stability. Mechanistic studies and density functional theory calculations confirm the pivotal role of Zn vapor in modulating Co catalysis for morphology control and reveal a synergy between heteroatoms and cobalt that optimizes K + storage kinetics. This remote‐regulation strategy establishes a generalizable platform for designing hierarchical carbon materials for advanced energy storage.

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