金属-有机框架在离子电容器中的应用与研究

背景介绍随着经济与科技的飞速发展与化石燃料的日益枯竭，高性能储能系统及器件研发逐渐成为当今各国政府及科学家广泛关注的热点问题。在众多的储能器件中，混合离子电容器(HICs)因其两端电极分别由具有双电层电容行为的超级电容器型电极以及脱插嵌行为的电池型电极组成，并结合了电容器的大功率密度和电池的高能量密度的优点，近年来备受关注。金属-有机框架(MOFs)

由于其大比表面积、高孔隙率、孔道规则且可调、拓扑结构多样性和可设计性强等优点，被公认为是先进的储能活性材料。为了解决导电性差的问题，研究者们致力于开发本身具有良好导电性的MOFs

材料或通过将MOFs

与导电纳米结构复合的方式来改善其电化学性能。文章亮点1.

总结了近年来国内外有关MOFs及其衍生物作为离子电容器电极材料相关的研究进展；2.

讨论MOFs

在应用于离子电容器电极材料时的电化学特性及其改性策略，为设计合成新型性能优异的MOFs

基离子电容器电极材料提供理论依据和参考。内容简介1

原生MOFs材料直接作为电极材料原生MOFs因其独特的结构特性在各应用领域备受关注，但作为电极材料却因其较低的本征导电性而受到极大的限制。为提高MOFs本身的导电性而提高其电化学性能，人们致力于开发具有良好导电性的MOFs。通常采用具有刚性平面共轭结构的配体与特定金属中心配位，可以获得具有大通道尺寸以及高导电框架的MOFs，进而为离子电容器中的离子扩散和电子传输提供快速通道和传输路径。2

MOFs的衍生物作为电极材料MOFs可以通过热解、溶剂热等方式衍生制备多孔碳材料、金属氧化物、硒化物等材料。这些衍生材料通常能够在继承MOFs自身结构优点的同时，结合其衍生物的优点，如多孔碳的高导电性及其他衍生材料所掺杂的金属原子、杂原子等的电容性能和催化性能，从而能够发挥出比原生MOFs更加优异的电化学性能。2.1

MOFs衍生的碳材料以利用醋酸锰与1,4-二苯甲酸(H2BDC)配体，通过水热法合成Mn基MOF（Mn-BDC），并进一步热解制备了钾离子电容器(PHIC)的阳极材料。高温热解过程的产物为碳包覆MnO纳米颗粒材料，其中的MnO颗粒通过酸腐蚀去除，便得到了厚度为100~300nm、长度为1~3µm的多孔碳片材料(MDPC)。2.2

MOFs衍生的氧化物作为电极材料通过溶剂热一步法制备了多孔空心Fe2O3纳米粒子（α-Fe2O3HPNP），并将其作为高性能LHIC的负极材料，与具有高比表面积的糖基碳纳米球(GCNS)正极组装α-Fe2O3HPNP//GCNSLHIC。α-Fe2O3HPNP

的TEM图可以清晰地观察到其中空结构，且该中空结构的壳为介孔结构（图4a）。2.3

MOFs衍生的硒化物作为电极材料利用六羧基苯取代环三磷腈（HCTP-COOH）与三水硝酸铜反应，通过溶剂热法制备了Cu-MOF，并进一步通过一步硒化法将Cu-MOF分别在450℃和550℃衍生得到多杂原子掺杂的纳米片状结构的Cu1.8Se/C-450和Cu1.8Se/C-550复合材料。3

总结与展望电极材料是离子电容器的核心部分，它直接决定了离子电容器的性能。近年来，具有大比表面积、高孔隙率、孔道规则且可调、结构和功能可设计性强等特点的MOFs材料，是一类极具发展潜力的离子电容器电极材料，有望促进离子电容器的发展。本文总结了近年来国内外有关MOFs及其衍生物作为离子电容器的电极材料相关的研究进展，其中原生的MOFs材料制备较简单，结构易调控，但MOFs材料导电性较差，比容量较低。将MOFs材料作为前驱体，通过热解、溶剂热等方式得到MOFs基衍生物如碳材料、氧化物、硒化物等是一个主流的研究方向，MOFs基衍生物可以在改善原生MOFs导电性较差等问题的同时，还可以大大提高材料的电化学性能。由于在离子电容器中，电池型材料对整个离