近日工學院鄒如強課題組應邀在Cell旗下期刊Joule上發表綜述，系統總結了關於金屬有機框架材料（MOFs）用於可充放電電池的研究進展🕉，重點強調了MOFs的發展策略和面臨的挑戰以及相應的潛在解決方法。

能源短缺和環境汙染是全球面臨的兩個難題🧘🏻，開發利用以環保和可持續為特點的新能源（太陽能👩‍🚀♥︎、潮汐能等）越來越得到各國的重視🙍🏽。相應的，研究開發高性能的儲能器件成為研究的熱點。作為電化學儲能器件👷🏽‍♂️，高容量、低成本的新型電池的研發也備受關註。目前，可充放電池依舊以鋰離子電池為主，但傳統鋰離子電池（以石墨和嵌鋰過渡金屬氧化物為電極材料）的容量已接近其理論容量🤾🏼，卻依舊無法滿足市場（比如電動汽車市場）的需求。鋰硫電池、鋰空氣電池理論比容量是鋰離子電池的10-20倍，鈉離子電池具有低成本的優勢，但目前均存在一些技術難題🦹🏼‍♂️。金屬有機框架材料（MOFs）及其衍生材料得益於高孔隙率🧌🧔🏿‍♂️、高度的可功能化和可修飾性、可調控的孔道結構和化學組成等，近幾年在電池領域受到了極大的關註🙇‍♀️。有大量的研究者報道了設計合成具有特殊物理化學性質的MOFs及其衍生材料用於包括鋰離子電池🤟🏿、鋰硫電池🤩、鋰空氣電池🌉、鈉離子電池等可充放電電池中正極🍋、負極以及電解質的工作🥷。在取得很大研究進展的同時，MOFs及其衍生材料在電池領域的應用也面臨著很多挑戰。

金屬有機框架及其衍生材料在電池領域的應用

近期，鄒如強課題組和日本AIST徐強教授課題組系統總結了MOFs及其衍生材料用於可充放電電池的最新研究進展，並針對特定電池對材料的不同要求和存在的挑戰進行了詳細的總結🤾🏻‍♂️。對於鋰離子電池🍝，具有氧化還原活性和豐富鋰插嵌位點的MOFs是比較好的選擇🙋‍♂️，但是目前純MOFs作為電極材料仍存在比容量低、首次循環庫倫效率低、導電性差等挑戰。對於鋰硫電池，具有能夠吸附多硫化鋰位點的MOFs更具實用價值，另外導電組分的引入也能讓MOFs作為載硫材料具有更好的電化學性能。MOFs用於鋰空氣電池的研究還比較少，其中MOFs作為選擇性膜以隔絕空氣中的水分和二氧化碳也是一個研究方向。對於鈉離子電池，具有氧化還原活性、好的晶體結構完整性🤱🏿、足夠大的鈉離子鑲嵌位點的MOFs更有潛力🚪，但同時也面臨著和鋰離子電池類似的挑戰。很多研究還以MOFs作為犧牲模板，製備具有特殊化學組成和孔道結構的碳👩‍🍼、金屬化合物以及它們的復合物等衍生材料。和MOFs相比，這些衍生材料具有導電性好🧑‍🔧、容易合成復雜結構♌️、具有特殊的電化學活性位點等特點💧，在電池領域有著更為出色的應用前景。對於實際應用💂🏽‍♀️，需要對電池的質量/體積比能量密度🪒、倍率性能、循環穩定性和成本進行綜合考慮，只有這樣👈🏽，MOFs及其衍生材料才有機會真正走出實驗室♦︎、走向工業化應用🫂。

高性能電極材料製備準則

相關論文在線發表在Joule（DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.019）上🫗，第一作者是工學院博士生趙若🏌️‍♂️，博士生梁子彬為共同作者，該工作得到國家自然科學基金委、國家重點基礎研究發展計劃等經費支持。