配位聚合物具有高度可設計的結構，且合成條件溫和，在先進功能材料的研發(fā)中倍受關注。金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是含有微孔結構的配位聚合物，具有可設計的微孔結構和高的比表面積。配位聚合物作為電極材料和固態(tài)電解質時，具有獨特的儲存和輸運鋰離子的機理，有超越傳統(tǒng)體系電化學性能的潛力，是當前研究的前沿。

下文摘錄了南開大學化學學院師唯教授課題組近期關于配位聚合物和金屬-有機框架在先進電池材料領域的研究成果。

01
Angew.Chem.Int.Ed.:高性能過渡金屬配合物的儲鋰機理研究

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013912

為了對配合物的儲鋰機理進行深入研究，合成了一系列同構的一維配位聚合物（M-HIPA, M=Mn, Fe, Co, Ni, Zn; H3IPA=5-羥基間苯二甲酸），并研究了其電化學穩(wěn)定性、比容量和倍率性能與金屬中心的關系。

配合物的金屬中心與配體之間的配位鍵對配合物的穩(wěn)定性、生成吉布斯自由能以及熱穩(wěn)定性都有顯著影響。Co-HIPA和Ni-HIPA相比于Mn/Fe/Zn-HIPA具有更優(yōu)異的穩(wěn)定性，作為鋰離子電池負極材料在200 mA g−1下循環(huán)200周后分別可以具有1043 mAh g−1和532 mAh g−1的可逆比容量。

值得注意的是，Co-HIPA還具有優(yōu)異的倍率性能，在電流密度為1000 mA g−1時可逆比容量可達820 mAh g−1，在電流密度為5000 mA g−1時仍具有504 mAh g−1的可逆比容量。

Co-HIPA更強的配位鍵和更高的鋰化程度是其高儲鋰容量的原因，其Co中心使費米能級獲得更高電子密度，提供更窄的帶隙以實現快的電荷轉移，從而提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

02
Nat.Commun.：Sn基MOF儲鋰新機制：一種高性能負極材料

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23335-1

合成了基于2,5-二氧代-1，4-苯二甲酸（H4dobdc）的Sn2(dobdc)和4,4'-二氧聯苯-3,3'-二羧酸（H4dobpdc）的Sn1(dobpdc)兩種Sn基MOFs。

Sn2+離子與有機配體形成的配位單元可以緩沖充放電過程中的體積變化，保證反應的可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性。配體的擴展在反應動力學上提高了活性中心的利用率，使Sn2(dobpdc)在200圈循環(huán)中表現出高達1018 mAh g-1的可逆容量和優(yōu)異的倍率性能。

經原位粉末X-射線衍射、同步輻射、高分辨透射電子顯微鏡、FTIR和XPS光譜以及計算化學模擬，對Sn基MOFs的儲鋰機理進行了詳細分析。該體系中，配位鍵的可逆形成和斷開是其具有高效儲鋰性質的關鍵因素。

03
eScience：精確調控二維Sn基配合物中配體π共軛，實現高性能鋰離子存儲

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141723000046

選用四羧酸類配體與Sn2+離子配位組裝，構筑了三例二維Sn基配位聚合物[Sn2(cht)]n、[Sn2(btec)]n和[Sn2(bptc)]n。通過精確調控配體，揭示了共軛基團對配位聚合物活性位點利用率和反應動力學的影響。

其中，具有最大π共軛基團的[Sn2(bptc)]n在0.2 A g-1的電流密度下表現出925 mAh g-1的容量，并能在2 A g-1的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)2000圈。XPS、FTIR等表征證明了配位單元在鋰化/去鋰化過程中發(fā)生可逆變化，有效地抑制了長循環(huán)過程中錫合金化反應帶來的體積變化，實現了穩(wěn)定的鋰離子存儲。

04
J.Am.Chem.Soc.：新型鋰離子導體——基于配位鏈的多孔氫鍵框架

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00647

本工作報道了一種含有有序排列Li+輸運位點的多孔配位鏈氫鍵框架(NKU-1000)，其Li+電導率為1.13×10-3 S cm-1，Li+遷移數為0.87，電化學窗口為5.0 V，是迄今綜合性能最好的SSE之一。Li@NKU-1000基SSE具有良好的阻燃性和界面相容性。使用該SSE的固態(tài)電池在500次循環(huán)后的放電容量保持率為94.4%，并且可以在很寬的溫度范圍內工作而不形成鋰枝晶。機理研究表明NKU-1000中均勻排列的羧基為Li+的輸運提供了合適跳躍位點，柔性的氫鍵框架緩沖了Li+輸運過程中的結構變化。

05
Small Struct.：金屬–有機框架衍生的碳封裝納米MnO在水系鋅電池中的應用

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sstr.202300071

該工作報道了一例錳-沒食子酸配合物，并通過簡單退火處理得到了碳封裝的納米MnO（MnO@C），并研究了其在水系鋅電池中作為正極材料的應用。原料沒食子酸來源廣泛，可以實現以生物質為原料的大規(guī)模生產。

同時，原位生成的碳層使得該材料無需額外添加導電劑，提高了電化學活性材料的利用率。這些特性可以很好地降低實際電池的質量，并提高質量和體積能量密度�；�于該正極材料和高濃度ZnCl2電解液的電池在200個循環(huán)中，表現出1.60 V的高放電電壓平臺以及106 mA h g–1的可逆比容量。

06
Chem.Soc.Rev.：配位聚合物在鋰離子儲存和輸運中的應用

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c9cs00881k

該綜述圍繞作為下一代鋰電池電極和電解質材料的配位化合物，總結了配位化學在鋰離子電池和鋰金屬電池中的應用。

（1）首先介紹了配位化學研究中從離散結構的配位化合物到配位聚合物和金屬-有機框架的發(fā)展；
（2）提出了用于鋰存儲和鋰離子輸運配位化合物的設計策略；
（3）討論了提高配位化合物電極材料電化學性能的方法，包括工作電位、容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；
（4）總結了金屬-有機框架的結構和孔特點及其在固態(tài)電解質材料中的潛力。

07
Coord.Chem.Rev.：MOFs鋰離子電池電極材料的合成策略及其潛在應用

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854518306313?via%3Dihub

該綜述系統(tǒng)總結了用于電化學儲能的MOFs及相關納米材料的設計原則和研究策略，涵蓋了本領域的最新進展及其在可充電鋰離子電池中的潛在應用。

師唯
教授，博士生導師，國家優(yōu)秀青年基金獲得者

1997.9-2001.6，南開大學化學系，本科；2001.9-2006.6，南開大學化學學院，博士研究生；2006.12-2015.12，南開大學化學學院，副教授；2014.2-2015.2，加州大學伯克利分校，訪問學者；2015.12-今，南開大學化學學院，教授，博導；

研究領域：
金屬-有機框架、配位聚合物、熒光探針、能源存儲與轉換材料、分子磁性材料。

獲獎記錄：
2013年入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”；2015年入選天津市高校“131”創(chuàng)新型人才第二層次；2015年入選南開大學“百名青年學科帶頭人培養(yǎng)計劃”；2016年獲得基金委“優(yōu)秀青年科學基金”；2017年度天津市自然科學一等獎，“功能導向金屬-有機框架的設計、合成與性質研究”，第三完成人；2018年獲得英國皇家學會“Newton Advanced Fellowship”；2018年入選天津市中青年科技創(chuàng)新領軍人才；2018年獲得天津市杰出青年科學基金資助。

樂研-南開產學研合作產品
1、ZIF-67(Co) | 46201-07-4 - 98%
2、ZIF-14 | 945215-37-2 - 98%
3、ZIF-8 | 59061-53-9 - 98%
4、MOF-808(Zr) | 1579984-19-2 - 98%
5、MOF-74(Mg) | 1565828-96-7 - 98%
6、UiO 66 | 1072413-89-8 - 98%
7、UiO-66-NH2 | 1260119-00-3 - 98%
8、UIO-66-(OH)2 | 1356031-63-4 - 98%
9、UIO-66-COOH | 1334722-04-1 - 98%
10、Ce-UiO-66 | 1801427-51-9 - 98%
11、UiO 67 | 1072413-83-2 - 98%
12、UiO-66-Br | 1260119-02-5 - 98%
13、MIL-101(Cr) F Free | 876661-00-6 - 98%
14、MIL-100(Fe) | 1195763-37-1 - 98%
15、NH-MIL-101(Al) | 1404201-64-4 - 98%
16、Al-Fum | 1370461-06-5 - 98%
17、HKUST-1 | 222404-02-6 - 98%