配位聚合物具有高度可設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，且合成條件溫和，在先進(jìn)功能材料的研發(fā)中倍受關(guān)注。金屬-有機(jī)框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是含有微孔結(jié)構(gòu)的配位聚合物，具有可設(shè)計(jì)的微孔結(jié)構(gòu)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(zhì)時(shí)，具有獨(dú)特的儲(chǔ)存和輸運(yùn)鋰離子的機(jī)理，有超越傳統(tǒng)體系電化學(xué)性能的潛力，是當(dāng)前研究的前沿。

下文摘錄了南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院師唯教授課題組近期關(guān)于配位聚合物和金屬-有機(jī)框架在先進(jìn)電池材料領(lǐng)域的研究成果。

01
Angew.Chem.Int.Ed.:高性能過(guò)渡金屬配合物的儲(chǔ)鋰機(jī)理研究

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

為了對(duì)配合物的儲(chǔ)鋰機(jī)理進(jìn)行深入研究，合成了一系列同構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性、比容量和倍率性能與金屬中心的關(guān)系。

配合物的金屬中心與配體之間的配位鍵對(duì)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(fù)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(shí)可逆比容量可達(dá)820 mAh g−1，在電流密度為5000 mA g−1時(shí)仍具有504 mAh g−1的可逆比容量。

Co-HIPA更強(qiáng)的配位鍵和更高的鋰化程度是其高儲(chǔ)鋰容量的原因，其Co中心使費(fèi)米能級(jí)獲得更高電子密度，提供更窄的帶隙以實(shí)現(xiàn)快的電荷轉(zhuǎn)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(chǔ)鋰新機(jī)制：一種高性能負(fù)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(lián)苯-3,3'-二羧酸（H4dobpdc）的Sn1(dobpdc)兩種Sn基MOFs。

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

經(jīng)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(jì)算化學(xué)模擬，對(duì)Sn基MOFs的儲(chǔ)鋰機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。該體系中，配位鍵的可逆形成和斷開(kāi)是其具有高效儲(chǔ)鋰性質(zhì)的關(guān)鍵因素。

03
eScience：精確調(diào)控二維Sn基配合物中配體π共軛，實(shí)現(xiàn)高性能鋰離子存儲(chǔ)

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(gòu)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(guò)精確調(diào)控配體，揭示了共軛基團(tuán)對(duì)配位聚合物活性位點(diǎn)利用率和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。

其中，具有最大π共軛基團(tuán)的[Sn2(bptc)]n在0.2 A g-1的電流密度下表現(xiàn)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(guò)程中發(fā)生可逆變化，有效地抑制了長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中錫合金化反應(yīng)帶來(lái)的體積變化，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的鋰離子存儲(chǔ)。

04
J.Am.Chem.Soc.：新型鋰離子導(dǎo)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(bào)道了一種含有有序排列Li+輸運(yùn)位點(diǎn)的多孔配位鏈氫鍵框架(NKU-1000)，其Li+電導(dǎo)率為1.13×10-3 S cm-1，Li+遷移數(shù)為0.87，電化學(xué)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(nèi)工作而不形成鋰枝晶。機(jī)理研究表明NKU-1000中均勻排列的羧基為L(zhǎng)i+的輸運(yùn)提供了合適跳躍位點(diǎn)，柔性的氫鍵框架緩沖了Li+輸運(yùn)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化。

05
Small Struct.：金屬–有機(jī)框架衍生的碳封裝納米MnO在水系鋅電池中的應(yīng)用

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

該工作報(bào)道了一例錳-沒(méi)食子酸配合物，并通過(guò)簡(jiǎn)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(yīng)用。原料沒(méi)食子酸來(lái)源廣泛，可以實(shí)現(xiàn)以生物質(zhì)為原料的大規(guī)模生產(chǎn)。

同時(shí)，原位生成的碳層使得該材料無(wú)需額外添加導(dǎo)電劑，提高了電化學(xué)活性材料的利用率。這些特性可以很好地降低實(shí)際電池的質(zhì)量，并提高質(zhì)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(gè)循環(huán)中，表現(xiàn)出1.60 V的高放電電壓平臺(tái)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(chǔ)存和輸運(yùn)中的應(yīng)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(zhì)材料的配位化合物，總結(jié)了配位化學(xué)在鋰離子電池和鋰金屬電池中的應(yīng)用。

（1）首先介紹了配位化學(xué)研究中從離散結(jié)構(gòu)的配位化合物到配位聚合物和金屬-有機(jī)框架的發(fā)展；
（2）提出了用于鋰存儲(chǔ)和鋰離子輸運(yùn)配位化合物的設(shè)計(jì)策略；
（3）討論了提高配位化合物電極材料電化學(xué)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(jié)了金屬-有機(jī)框架的結(jié)構(gòu)和孔特點(diǎn)及其在固態(tài)電解質(zhì)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(yīng)用

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

該綜述系統(tǒng)總結(jié)了用于電化學(xué)儲(chǔ)能的MOFs及相關(guān)納米材料的設(shè)計(jì)原則和研究策略，涵蓋了本領(lǐng)域的最新進(jìn)展及其在可充電鋰離子電池中的潛在應(yīng)用。

師唯
教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家優(yōu)秀青年基金獲得者

1997.9-2001.6，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)系，本科；2001.9-2006.6，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，博士研究生；2006.12-2015.12，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，副教授；2014.2-2015.2，加州大學(xué)伯克利分校，訪問(wèn)學(xué)者；2015.12-今，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，教授，博導(dǎo)；

研究領(lǐng)域：
金屬-有機(jī)框架、配位聚合物、熒光探針、能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換材料、分子磁性材料。

獲獎(jiǎng)記錄：
2013年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)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(kāi)大學(xué)“百名青年學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃”；2016年獲得基金委“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”；2017年度天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，“功能導(dǎo)向金屬-有機(jī)框架的設(shè)計(jì)、合成與性質(zhì)研究”，第三完成人；2018年獲得英國(guó)皇家學(xué)會(huì)“Newton Advanced Fellowship”；2018年入選天津市中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才；2018年獲得天津市杰出青年科學(xué)基金資助。

樂(lè)研-南開(kāi)產(chǎn)學(xué)研合作產(chǎn)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%