【文章概述】

低维纳米材料因其独特的性质，在光学、催化、储能等领域得到广泛的研究。在众多令人着迷的碳材料中，由几层碳原子组成的超薄碳纳米带具有石墨烯的独特优势，也呈现出一维纳米结构的各向异性特征，使其具有非常规的物理和化学性质。迄今为止，碳纳米带的合成方法有机械或化学剥离法、自下而上有机合成法、和电沉积法，但这些方法所制备材料的形貌和组成难以调节，而且这些方法复杂、耗时和低产量，不适合工业生产。因此，建立具有可控形态和功能的廉价和易于实现的方法是非常理想和具有挑战性的。

【成果简介】

南方科技大学徐强教授团队开发了一种利用一维金属有机骨架纳米棒一步热解法制备厚度为2-6 nm、长度超过100nm超薄碳纳米带的方法。可以通过控制MOF纳米棒的直径，形成不同的一维或二维形貌的多孔碳纳米结构。同时还研究了N掺杂或金属活性位点固定的功能性碳纳米带。实验证明以铁纳米团簇和单原子修饰的碳纳米带在碱性和酸性条件下都是氧还原反应的优良催化剂，在锌空气电池的应用更是潜力无穷。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1(a) MOF-74与Zn(绿色)，O(蓝色)，C(灰色)原子分布的晶体结构及MOF纳米棒-L的照片。

(b-c) PXRD和MOF纳米棒-L及其碳产物的N2吸附曲线。

(d) MOF纳米棒-L的SEM图像。

(e) 碳纳米棒的SEM图像。

(f-g) MOF纳米棒-S的SEM和ABFSTEM图像。

(h) 碳纳米带的SEM和TEM图像。

(j-k) 碳纳米带的AFM图像。

图2(a)不同温度下碳化MOF纳米棒-S的PXRD谱图;

(b-e)分别在300、500、700和900 C下获得的MOF纳米棒-S样品TEM图像。

(f) MOF 纳米棒到碳纳米带的转化过程示意图。

图3(a-b) PXRD和Fe-N/碳纳米带和Fe-N/碳纳米棒的N2吸附和孔径分布曲线。

(c-e) Fe-N/碳纳米带的C1s、N1s和Fe2P的XPS谱。

(f-h) SEM，HAADF-STEM。

 (i) Fe-N/碳纳米带的EDS元素映射图。

图4(a) 1600 rpm时的LSV曲线比较。

(b-c)中相应的Tafel曲线显示提供Fe-N/碳纳米带的电子转移数和H2O2收率的RRDE测量值。

(d) Fe-N/碳纳米带和Pt/C在0.5 V时的计时安培响应(插图显示了相应的甲醇耐受曲线)。

(e) 0.5 M H2SO4水溶液中Fe-N/碳纳米带的LSV曲线。

(f-h)以Fe-N/碳纳米带和Pt/C+IrO2为正极的Zn空气电池在25 mA cm-2电流密度下的极化曲线，相应的功率密度曲线和放电充电循环曲线。

【奇材馆点评】

本论文的研究者通过简单的一步热解过程及简单的尺寸调节策略，成功合成形貌可控和电化学功能优异的超薄碳纳米带。从一维到二维材料的转变，经过热解后保留了一维形貌，在碳化过程可以进行得到N掺杂或金属活性位点固定的功能性超薄碳纳米带，在锌空气电池中表现优异性能这项工作深入了解了从一维到二维形貌的结构演变，为制备具有可控形貌和电化学功能的低维纳米材料提供了一种有效的方法。

【论文信息】

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