Constructing Unique Mesoporous Carbon Superstructures via Monomicelle Interface Confined Assembly

介孔材料 上部结构 纳米技术 单层 多孔性 碳纤维 化学工程 比表面积 化学 材料科学 复合材料 复合数 催化作用 有机化学 海洋学 工程类 地质学
作者
Zaiwang Zhao,Linlin Duan,Yujuan Zhao,Lipeng Wang,Junye Zhang,Fanxing Bu,Zhihao Sun,Tengsheng Zhang,Mengli Liu,Hanxing Chen,Yi Yang,Kun Lan,Zirui Lv,Lianhai Zu,Pengfei Zhang,Renchao Che,Yun Tang,Dongliang Chao,Wei Li,Dongyuan Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (26): 11767-11777 被引量:71
标识
DOI:10.1021/jacs.2c03814
摘要

Constructing hierarchical three-dimensional (3D) mesostructures with unique pore structure, controllable morphology, highly accessible surface area, and appealing functionality remains a great challenge in materials science. Here, we report a monomicelle interface confined assembly approach to fabricate an unprecedented type of 3D mesoporous N-doped carbon superstructure for the first time. In this hierarchical structure, a large hollow locates in the center (∼300 nm in diameter), and an ultrathin monolayer of spherical mesopores (∼22 nm) uniformly distributes on the hollow shells. Meanwhile, a small hole (4.0-4.5 nm) is also created on the interior surface of each small spherical mesopore, enabling the superstructure to be totally interconnected. Vitally, such interconnected porous supraparticles exhibit ultrahigh accessible surface area (685 m2 g-1) and good underwater aerophilicity due to the abundant spherical mesopores. Additionally, the number (70-150) of spherical mesopores, particle size (22 and 42 nm), and shell thickness (4.0-26 nm) of the supraparticles can all be accurately manipulated. Besides this spherical morphology, other configurations involving 3D hollow nanovesicles and 2D nanosheets were also obtained. Finally, we manifest the mesoporous carbon superstructure as an advanced electrocatalytic material with a half-wave potential of 0.82 V (vs RHE), equivalent to the value of the commercial Pt/C electrode, and notable durability for oxygen reduction reaction (ORR).
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