DOI: 10.1021/acsaem.9b02501
多孔和中空納米材料已經成為下一代眾多技術應用的一個令人興奮的研究領域。然而，在設計架構中組裝具有適當組成和特性的多孔和中空納米結構仍然是一個挑戰。在此，研究者報告了一種基于自模板金屬-有機框架的策略，用于在設計架構中合成和工程化多孔和中空納米結構，首次通過設計的三維模式，在中空碳納米纖維上開發石墨-碳混合多孔Co3O4納米觸角（3D Co3O4/C@HCNFs）。作為超級電容器的獨立式電極，所開發的納米復合片材具有199 mA h g-1（1623 F g-1）的高比容量，以及良好的循環壽命和優異的速率性能。此外，組裝的非對稱超級電容器裝置在471 W kg-1的功率密度下可提供36.6 W h kg-1的能量密度，具有顯著的循環壽命和速率能力，這也表明了其潛在的實際應用價值。該合成策略為多孔和中空結構納米材料的合成和組裝提供了一條簡單、經濟、方便的途徑，可用于多種應用。
圖1.3D Co3O4/C@HCNFs納米復合材料的制備過程示意圖。分別在35℃和70℃下，在相同濃度的水溶液中浸漬3D Co（CO3）0.5OH.0.11H2O@HCNFs。為了進行比較，在相同條件下，對3D Co（CO3）0.5OH.0.11H2O@HCNFs進行熱處理制備了3D Co3O4@HCNFs（在3D模式下，Co3O4納米線在HCNFs上組裝）薄膜。材料的制備方案和結構如圖1所示。
圖2.（a）3D Co3O4/C@HCNFs納米復合材料中Co 2p和C 1s的x射線衍射譜圖（方框表示C）和（b和C）高分辨XPS譜圖。
圖3.（a）HCNFs橫截面的FE-SEM圖像，（b）3D模式下，Co（CO3）0.5OH.0.11H2O納米線在HCNFs上的FE-SEM圖像，（c）3D Co（CO3）0.5OH.0.11H2O/ZIF-67@HCNFs納米復合材料的橫截面圖像，（d）3D Co3O4/c@HCNFs納米復合材料在不同放大倍數下的FE-SEM圖像，（g）3D Co3O4/C@HCNFs的TEM圖像顯示中空碳納米纖維和納米顆粒，（h）3D Co3O4/C@HCNFs（納米顆粒部分）的HR-TEM圖像；插圖表示其SAED和（i，i1-i3）納米顆粒圖譜。
圖4.（a）3D Co3O4/C@HCNFs的N2吸附-解吸等溫線和（b）BJH分析
圖5.（a）3D Co（CO3）0.5OH.0.11H2O@HCNFs納米復合材料，（b）3D Co（CO3）0.5OH.0.11H2O/ZIF-67@HCNFs納米復合材料和（c）3D Co3O4/C@HCNFs納米復合材料的FE-SEM圖像（插圖顯示了各自納米復合片材的數字圖像，比例代表1cm）
圖6.3D Co3O4/C@HCNFs的電化學性能；（a）CV曲線；（b）GCD曲線；（C）比容量與電流密度的關系；（d）3D Co3O4/C@HCNFs和3D Co3O4@HCNFs的EIS圖（插圖為放大版）
圖7.3D Co3O4/C@HCNFs//NGH器件的性能；（a）在不同電壓窗口下測量的60 mV s-1下的CV曲線；（b）在5～70 mV s-1下測量的CV曲線；（C）GCD曲線；（d）庫侖效率和速率容量隨電流密度的變化，（e）在6 A g-1下測得的循環穩定性（插圖中為GCD曲線）和（f）能量密度與功率密度的關系。
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