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邓昭课题组Small:MOF和微生物的“跨界”嫁接——自磷化机制构筑多级多孔复合碳胶囊

来源:球探体育比分老版本 发布者:金霞发布时间:2020-11-09浏览次数:14

创新点:球探体育邓昭团队通过将双金属MOF材料原位生长于大肠杆菌表面,实现了微生物和MOF材料的有效“嫁接”。在随后的碳化过程中,无需外加磷源,细菌细胞膜上的磷脂含有的磷元素和MOF结构中的钴自发磷化生成极性的磷化二钴纳米颗粒,而MOF材料和大肠杆菌共同作用形成多级多孔的碳胶囊。这种胶囊状碳基复合物在锂硫电池和锌空电池中获得优异的性能,为微观生物和纳米材料的跨界结合打开了一扇新的大门。文章题为“Self-Phosphorization of MOF-Armored Microbes for Advanced Energy Storage” 的研究工作发表在Smalldoi.org/10.1002/smll.202000755),博士生胡加鹏和硕士生袁协涛为共同作者,赵晓辉副研究员和彭扬教授为共同通讯作者

通过在大肠杆菌表面原位组装MOF材料,开发出一种具有“自磷化”机制的细菌模板法来构筑表面锚定金属磷化物的多级多孔碳胶囊的新策略。选用极易在实验室进行培养繁殖的阴性革兰氏大肠杆菌作为模板,借助于细菌表面丰富的有机物和有机官能团以及其本身呈负电的性质,吸引MOF前驱体中的配体和金属离子在细菌表面富集。原位生长的MOF如铠甲一般包覆在细菌外层,完美拷贝生物模板的形态。与此同时,大肠杆菌细胞膜中含有的磷在高温裂解的过程中,与MOF中的钴自发反应生成磷化二钴纳米颗粒,产生额外的异原子掺杂以及电化学活性位点。碳胶囊凭借其多级多孔结构、异原子掺杂、丰富的Co-N-C基团以及表面锚定的Co2P纳米颗粒,作为锂硫电池储硫载体以及锌空电池催化剂的应用中表现出了优异的电化学性能。硫与NP掺杂碳以及极性Co2P之间通过强化学相互作用极大地抑制了多硫化物的穿梭,而碳胶囊表面的主要活性位点有效地促进了ORROER。该工作创新性地将微生物与MOF材料相结合,开发出自磷化机制,为新型碳基复合材料的合成设计开辟了一条新的途径,并证明了其在能源转化与存储方面巨大的应用潜力。