MOFs à base de Zn são promissores auto-modelos para fabricar carbono poroso sem metal com grande área superficial e alta porosidade devido à abundante estrutura de poros de seus MOFs pais e ao baixo ponto de ebulição do metal zinco durante a pirólise. No entanto, o processo de volatilização do Zn e a resolução microestrutural ainda não estão claramente definidos. Aqui, estudamos o mecanismo de formação da estrutura de poros do carbono derivado de ZIF-8. O processo detalhado de volatilização do Zn dependente da temperatura, a configuração de coordenação Zn-N e os processos de resolução microestrutural foram estudados dinamicamente por TEM de aquecimento in situ e técnicas de radiação síncrotron. Revelamos que a volatilização dos elementos Zn e N durante o processo de pirólise conduz a um carbono poroso com grande área superficial específica e alta microporosidade. Contudo, uma quantidade traço de Zn residual ainda persiste acima do ponto de ebulição do Zn (907 ℃), mesmo a 1100 ℃, o que renova a visão proposta em literaturas anteriores. As espécies residuais de zinco foram caracterizadas por imagem HAADF-STEM corrigida por Cs e radiação síncrotron. Os resultados mostraram que o elemento Zn residual está uniformemente ancorado no esqueleto de carbono como átomo único de Zn com configuração Zn-N1. Experimentos adicionais e cálculos DFT revelaram que a configuração Zn-N1 tem maior atividade eletroquímica do que a estrutura simetricamente Zn-N4. Além disso, um supercapacitor simétrico foi montado utilizando o carbono poroso, o qual apresenta densidade de energia e potência relativamente altas com excelente estabilidade ciclista. Estudos eletroquímicos indicam que a capacitância específica é principalmente determinada pela área superficial específica. Este trabalho é de grande importância para compreender profundamente a resolução microestrutural e as propriedades do carbono poroso derivado de Zn-MOFs, orientando suas aplicações práticas.
Xing et al. (qui,) estudaram esta questão.