Hollow Functional Materials Derived from Metal–Organic Frameworks: Synthetic Strategies, Conversion Mechanisms, and Electrochemical Applications

材料科学 纳米技术 超级电容器 金属有机骨架 电化学 热解 电催化剂 电化学能量转换 多孔性 能量转换 化学工程 溶解 电化学储能 电极 有机化学 化学 吸附 复合材料 工程类 物理 物理化学 热力学
作者
Ze‐Xing Cai,Zhongli Wang,Jeonghun Kim,Yusuke Yamauchi
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (11): e1804903-e1804903 被引量:483
标识
DOI:10.1002/adma.201804903
摘要

Hollow materials derived from metal-organic frameworks (MOFs), by virtue of their controllable configuration, composition, porosity, and specific surface area, have shown fascinating physicochemical properties and widespread applications, especially in electrochemical energy storage and conversion. Here, the recent advances in the controllable synthesis are discussed, mainly focusing on the conversion mechanisms from MOFs to hollow-structured materials. The synthetic strategies of MOF-derived hollow-structured materials are broadly sorted into two categories: the controllable synthesis of hollow MOFs and subsequent pyrolysis into functional materials, and the controllable conversion of solid MOFs with predesigned composition and morphology into hollow structures. Based on the formation processes of hollow MOFs and the conversion processes of solid MOFs, the synthetic strategies are further conceptually grouped into six categories: template-mediated assembly, stepped dissolution-regrowth, selective chemical etching, interfacial ion exchange, heterogeneous contraction, and self-catalytic pyrolysis. By analyzing and discussing 14 types of reaction processes in detail, a systematic mechanism of conversion from MOFs to hollow-structured materials is exhibited. Afterward, the applications of these hollow structures as electrode materials for lithium-ion batteries, hybrid supercapacitors, and electrocatalysis are presented. Finally, an outlook on the emergent challenges and future developments in terms of their controllable fabrications and electrochemical applications is further discussed.
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