Nickel nanoparticles encapsulated in few-layer nitrogen-doped graphene (Ni@NC) are synthesized by using a Ni-based metal–organic framework as the precursor for high-temperature annealing treatment. The resulting Ni@NC materials exhibit highly efficient and ultrastable electrocatalytic activity toward the hydrogen evolution reaction and the oxygen evolution reaction as well as overall water splitting in alkaline environment. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Solid gold is usually most stable as a face-centred cubic (fcc) structure. To date, no one has synthesized a colloidal form of Au that is exclusively hexagonal close-packed (hcp) and stable under ambient conditions. Here we report the first in situ synthesis of dispersible hcp Au square sheets on graphene oxide sheets, which exhibit an edge length of 200-500 nm and a thickness of ~ 2.4 nm (~ 16 Au atomic layers). Interestingly, the Au square sheet transforms from hcp to a fcc structure on exposure to an electron beam during transmission electron microscopy analysis. In addition, as the square sheet grows thicker (from ~ 2.4 to 6 nm), fcc segments begin to appear. A detailed experimental analysis of these structures shows that for structures with ultrasmall dimensions (for example, <~ 6 nm thickness for the square sheets), the previously unobserved pure hcp structure becomes stable and isolable.

High symmetric porous Co3O4 hollow dodecahedra constructed by nanometer-sized building blocks are rationally synthesized by templating against Co-containing zeolitic imidazolate framework-67. The well-defined hollow structure and highly porous framework render these hollow dodecahedra exhibit high specific capacity, excellent cycling stability and superior rate capability when evaluated as an anode material for lithium-ion batteries.

Porous CuO hollow architectures with perfect octahedral morphology are synthesized simply by annealing Cu-based metal–organic framework (MOF) templates. When tested as anode materials for lithium-ion batteries, these hollow octahedra exhibit greatly enhanced performance of lithium storage with excellent cycling stability and good rate capability.

The development of portable and wearable electronics has promoted increasing demand for high-performance power sources with high energy/power density, low cost, lightweight, as well as ultrathin and flexible features. Here, a new type of flexible Ni/Fe cell is designed and fabricated by employing Ni(OH)2 nanosheets and porous Fe2O3 nanorods grown on lightweight graphene foam (GF)/carbon nanotubes (CNTs) hybrid films as electrodes. The assembled f-Ni/Fe cells are able to deliver high energy/power densities (100.7 Wh/kg at 287 W/kg and 70.9 Wh/kg at 1.4 kW/kg, based on the total mass of active materials) and outstanding cycling stabilities (retention 89.1% after 1000 charge/discharge cycles). Benefiting from the use of ultralight and thin GF/CNTs hybrid films as current collectors, our f-Ni/Fe cell can exhibit a volumetric energy density of 16.6 Wh/l (based on the total volume of full cell), which is comparable to that of thin film battery and better than that of typical commercial supercapacitors. Moreover, the f-Ni/Fe cells can retain the electrochemical performance with repeated bendings. These features endow our f-Ni/Fe cells a highly promising candidate for next generation flexible energy storage systems.

Vacancy engineering, that is, self-doping of vacancy in semiconductors, has become a commonly used strategy to tune the photocatalytic performances. However, there still lacks fundamental understanding of the role of the vacancies in semiconductor materials. Herein, the g-C3N4 nanosheets with tunable nitrogen vacancies are prepared as the photocatalysts for H2 evolution and CO2 reduction to CO. On the basis of both experimental investigation and DFT calculations, nitrogen vacancies in g-C3N4 induce the formation of midgap states under the conduction band edge. The position of midgap states becomes deeper with the increasing of nitrogen vacancies. The g-C3N4 nanosheets with the optimized density of nitrogen vacancies display about 18 times and 4 times enhancement for H2 evolution and of CO2 reduction to CO, respectively, as compared to the bulk g-C3N4. This is attributed to the synergistic effects of several factors including (1) nitrogen vacancies cause the excitation of electrons to midgap states below the conduction band edge, which results in extension of the visible light absorption to photons of longer wavelengths (up to 598 nm); (2) the suitable midgap states could trap photogenerated electrons to minimize the recombination loss of photogenerated electron–hole pairs; and (3) nitrogen vacancies lead to uniformly anchored small Pt nanoparticles (1–2 nm) on g-C3N4, and facilitate the electron transfer to Pt. However, the overintroduction of nitrogen vacancies generates deeper midgap states as the recombination centers, which results in deterioration of photocatalytic activities. Our work is expected to provide new insights for fabrication of nanomaterials with suitable vacancies for solar fuel generation.

In this work, MnO(2)/GO (graphene oxide) composites with novel multilayer nanoflake structure, and a carbon material derived from Artemia cyst shell with genetic 3D hierarchical porous structure (HPC), are prepared. An asymmetric supercapacitor has been fabricated using MnO(2)/GO as positive electrode and HPC as negative electrode material. Because of their unique structures, both MnO(2)/GO composites and HPC exhibit excellent electrochemical performances. The optimized asymmetric supercapacitor could be cycled reversibly in the high voltage range of 0-2 V in aqueous electrolyte, which exhibits maximum energy density of 46.7 Wh kg(-1) at a power density of 100 W kg(-1) and remains 18.9 Wh kg(-1) at 2000 W kg(-1). Additionally, such device also shows superior long cycle life along with ∼100% capacitance retention after 1000 cycles and ∼93% after 4000 cycles.

Solution-based processes involving the chemical oxidation of graphite and reduction of the obtained graphene oxide (GO) sheets have attracted much attention for preparing graphene films for printed electronics and biosensors. However, the low electrical conductivity of reduced GO is still hindering the development of electronic applications. This article presents that GO sheets reduced by high-temperature alcohol vapors exhibit highly graphitic structures and excellent electrical conductivity. The sheet resistance of thin transparent films is lowered to ∼15 kΩ/◻ (>96% transparency). Field-effect transistors produced from these reduced GO sheets exhibit high effective field-effect hole mobility up to 210 cm2/V·s. Raman spectroscopic studies reveal that the conductivity enhancement in the low mobility regime is attributed to the removal of chemical functional groups and the formation of six-fold rings. In the high mobility regime, the growth of the graphitic domain size becomes dominant for enhancing its electrical conductivity. The excellent electrical conductivity of the reduced GO sheets promises potential electronic applications.

We demonstrate an efficient core-shell GaAs/AlGaAs nanowire photodetector operating at room temperature. The design of this nanoscale detector is based on a type-I heterostructure combined with a metal-semiconductor-metal (MSM) radial architecture, in which built-in electric fields at the semiconductor heterointerface and at the metal/semiconductor Schottky contact promote photogenerated charge separation, enhancing photosensitivity. The spectral photoconductive response shows that the nanowire supports resonant optical modes in the near-infrared region, which lead to large photocurrent density in agreement with the predictions of electromagnetic and transport computational models. The single nanowire photodetector shows remarkable peak photoresponsivity of 0.57 A/W, comparable to large-area planar GaAs photodetectors on the market, and a high detectivity of 7.2 10^10 cm\sqrt{Hz}/W at {\lambda}=855 nm. This is promising for the design of a new generation of highly sensitive single nanowire photodetectors by controlling optical mode confinement, bandgap, density of states, and electrode engineering.