Heteroepitaxial metal-organic frameworks derived cobalt and nitrogen codoped carbon nanosheets to boost oxygen reduction

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作者
Dandan Chen,Qi Huang,Junyang Ding,Tingting Li,Dai Yu,Huagui Nie,Jinjie Qian,Zhi Yang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:623: 1210-1219 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.05.076
摘要

The rational design and facile construction of hybrid metal–organic framework (MOF) with hierarchical nanostructures can motivate novel and multifunctional platforms to attain desirable performance. In this work, a new series of MOF-on-MOF heterostructures, including ZIF-8/Zinc(II)-hexamethylenetetramine (ZIF-8/Zn-HMT) and ZIF-8 + ZIF-67/Zn-HMT-X (ZIF/Zn-HMT-X), can be conveniently synthesized by heteroepitaxial growth. The as-obtained carbon nanosheets of CoZnNC-X are calcined from a CoZn MOF-on-MOF precursor, and they have abundant N-doping, dispersive Co particles, conductive network and large specific surface area, exhibiting efficient oxygen reduction reaction (ORR) as well as Zn-air battery (ZAB) performance. Among them, the most optimal CoZnNC-2 shows an onset potential of 0.95 V, high diffusion-limited current density of 5.41 mA cm−2, small Tafel slope of 59.1 mV dec−1 and excellent stability. Furthermore, the as-assembled ZAB based on CoZnNC-2 reveals a large power density of 113 mW cm−2 and a high specific capacity of 713.5 mAh g−1. Hence, the demonstrated work paves a brand-new route to rationally regulate MOF-derived carbon nanomaterials as efficient electrocatalysts for energy conversion and storage applications.

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