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  近日北京大學工學院鄒如強課題組應邀在Cell旗下期刊Joule上發(fā)表綜述，系統(tǒng)總結(jié)了關于金屬有機框架材料（MOFs）用于可充放電電池的研究進展，重點強調(diào)了MOFs的發(fā)展策略和面臨的挑戰(zhàn)以及相應的潛在解決方法。

  能源短缺和環(huán)境污染是全球面臨的兩個難題，開發(fā)利用以環(huán)保和可持續(xù)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(fā)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(fā)也備受關注。目前，可充放電池依舊以鋰離子電池為主，但傳統(tǒng)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(yōu)勢，但目前均存在一些技術難題。金屬有機框架材料（MOFs）及其衍生材料得益于高孔隙率、高度的可功能化和可修飾性、可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)和化學組成等，近幾年在電池領域受到了極大的關注。有大量的研究者報道了設計合成具有特殊物理化學性質(zhì)的MOFs及其衍生材料用于包括鋰離子電池、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(zhì)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(zhàn)。

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(tǒng)總結(jié)了MOFs及其衍生材料用于可充放電電池的最新研究進展，并針對特定電池對材料的不同要求和存在的挑戰(zhàn)進行了詳細的總結(jié)。對于鋰離子電池，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(huán)庫倫效率低、導電性差等挑戰(zhàn)。對于鋰硫電池，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用于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。對于鈉離子電池，具有氧化還原活性、好的晶體結(jié)構(gòu)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(zhàn)。很多研究還以MOFs作為犧牲模板，制備具有特殊化學組成和孔道結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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。對于實際應用，需要對電池的質(zhì)量/體積比能量密度、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)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(yè)化應用。

高性能電極材料制備準則

  相關論文在線發(fā)表在Joule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(fā)展計劃等經(jīng)費支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.019