Elaborate Designed Three‐Dimensional Hierarchical Conductive MOF/LDH/CF Nanoarchitectures for Superior Capacitive Deionization

电容去离子 导电体 纳米技术 材料科学 电容感应 化学工程 电化学 化学 电极 复合材料 工程类 电气工程 物理化学
作者
Chang He,Jun Zhang,Dionissios Mantzavinos,Alexandros Katsaounis,Duan‐Hui Si,Yan Zhang,Hongyu Zhang,Zhuwu Jiang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202420295
摘要

Rational exploration of cost‐effective, durable, and high‐performance electrode materials is imperative for advancing the progress of capacitive deionization (CDI). The integration of multicomponent layered double hydroxides (LDHs) with conjugated conductive metal‐organic frameworks (c‐MOFs) to fabricate bifunctional heterostructure electrode materials is considered a promising strategy. Herein, the fabrication of hierarchical conductive MOF/LDH/CF nanoarchitectures (M‐CAT/LDH/CF) as CDI anodes via a controllable grafted‐growth strategy is reported. In this assembly, carbon fiber (CF) provides exceptional electrical conductivity facilitating rapid ion transfer and acts as a sturdy foundation for even distribution of NiCoCu‐LDH nanosheets. Moreover, the well‐ordered NiCoCu‐LDH further acts as interior templates to create an interface by embedding c‐MOFs and aligning two crystal lattice systems, facilitating the graft growth of c‐MOFs/LDH heterostructures along the LDH nanosheet arrays on CF, leading to accelerated ion diffusion kinetics. Density functional theory (DFT) confirms enhanced interfacial charge transfer between NiCoCu‐LDH and M‐CAT, leading to improved ion transfer and smoother Cl‐ shuttle. Accordingly, the asymmetrical M‐CAT/LDH/CF cell exhibits superior specific capacitance, salt adsorption capacity, rapid rate, and cyclic stability. This work offers valuable insights for designing heterostructure electrode materials based on three‐dimensional interconnected networks, contributing to further advancements in CDI technology.
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