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微納米化產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)、晶面取向生長形成各向異性的配合物納米晶體、表面缺陷或不飽和配位、雙配體策略和軟硬酸堿原則，基于此思想，設(shè)計了更具穩(wěn)定性的MOF材料（Adv. Mater., 2022, 34, 2107836; Natl. Sci. Rev., 2021, doi: 10.1093/nsr/nwab197）。微納米化配合物框架材料與金屬氧化物復(fù)合之后，使得復(fù)合物具有豐富的多孔性、良好的穩(wěn)定性與導(dǎo)電性，基于此思想，設(shè)計開發(fā)了金屬氧化物@MOF復(fù)合材料(Co3O4@Co-MOF)并深入開展了電化學(xué)電容器儲能研究（Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 305-314.）。MXene材料具有獨特的二維層狀結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性和親水表面，與其雜化將獲得更具優(yōu)勢的復(fù)合材料，基于此思想，深入開展電化學(xué)超級電容器的研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116282; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 25318.）。以配合物框架納米晶體為模板煅燒制備的材料，往往是一些多孔金屬氧化物、多孔碳材料、甚至還出現(xiàn)雜原子（氮、磷、硫）摻雜材料，具有優(yōu)異電化學(xué)特性?；诖怂枷?，開發(fā)了一系列具有良好氧析出反應(yīng)活性的納米材料（Nano Lett., 2021, 21, 3016?3025; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1800886.）此外，基于二維材料由于具有柔韌性、薄度和透明性等優(yōu)點，也深入開展了電化學(xué)儲能研究（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605784.）。

近日，龐歡教授團隊報道了一系列基于Ni-MOF-74的雙/多金屬MOF-74家族的合成策略，并探究其在水系鎳-鋅電池中的應(yīng)用。該研究成果發(fā)表在Advanced Materials, 2022, doi: 10.1002/adma.202201779.

受限于單一金屬活性位點和低電導(dǎo)率，設(shè)計具有高容量和高能量密度的鎳基金屬有機框架（MOF）材料仍然是一個挑戰(zhàn)。MOF-74材料由11 ?的一維六邊形通道組成，有利于提高電解質(zhì)的滲透性，降低空間位阻，實現(xiàn)快速電子轉(zhuǎn)移。此外，MOF-74材料在骨架中具有高密度的潛在開放金屬位點，其獨特的優(yōu)勢是可以在不破壞MOF晶體基本骨架結(jié)構(gòu)的情況下替代金屬節(jié)點，這使得設(shè)計穩(wěn)定的雙金屬/多金屬MOF拓撲結(jié)構(gòu)具有前景。金屬離子摻雜可以調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，增強協(xié)同作用，從而提高電化學(xué)性能。雙/多金屬MOF-74材料具有豐富的潛在路易斯酸性活性位點，提供了改善電化學(xué)性能的可能性，特別是在用作水系鎳-鋅電池的正極材料時。

在此，作者通過在Ni-MOF-74中摻雜Mx+離子，制備了一系列在碳布(CC)上原位生長的雙/多金屬 MOF-74家族，NiM-MOF@CC (M = Mn2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Fe3+) 和 NiCoM-MOF@CC (M = Mn2+, Zn2+, Al3+, Fe3+)?？梢栽诒Ａ粼纪負浣Y(jié)構(gòu)的同時調(diào)整摻雜金屬離子的類型和比例。X射線吸收精細結(jié)構(gòu)（XAFS）證實了不同的金屬離子。此外，這些鎳基MOF電極直接用作水系鎳鋅電池的正極。在所有制備的電極中，優(yōu)化的Co/Ni比為1:1的NiCo-MOF@CC-3 (NCM@CC-3) 表現(xiàn)出最佳的電導(dǎo)率，這與DFT理論計算一致。NCM@CC-3//Zn@CC電池實現(xiàn)了1.77 mAh cm-2的高比容量、2.97 mWh cm-2的高面積能量密度和6000次循環(huán)后83%的容量保持率的高循環(huán)穩(wěn)定性?；诮饘匐x子配位效應(yīng)和無粘合劑電極概念的合成策略，為儲能領(lǐng)域高性能材料的合成提供了新的方向。

文章信息：Tingting Chen, Fanfan Wang, Shuai Cao, Yang Bai, Shasha Zheng, Wenting Li, Songtao Zhang, Shu-Xian Hu, and Huan Pang*. In-situ Synthesis of MOF-74 Family for High Areal Energy Density of Aqueous Nickel-Zinc Batteries. Adv. Mater., 2022, doi: 10.1002/adma.202201779. IF= 30.849.

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202201779

參考資料：http://hxhg.yzu.edu.cn/info/1063/3351.htm