过渡金属(Fe,Co,Ni)基金属有机框架材料在能量存储中的应用

随着社会经济的快速发展,不可再生能源(如煤、石油、天然气)日益枯竭,迫切需要高效、清洁、可持续的能源,以及与能源转换和存储有关的新技术。目前,能源存储技术主要包括电容器和电池,其中,电容器具有较大的功率密度,但是其能量密度十分有限,而电池虽然能够实现较好的能量密度,但其功率密度成为了制约其进一步发展的关键因素。此外,组成这些能量存储器件的电极材料决定了储能器件的能量密度和功率密度。因此,寻找下一代具有高功率密度和能量密度的储能设备电极材料具有重要意义。

金属有机框架(简称MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料,其孔隙度高、比表面积大、结构和功能性可调等优点使其成为了极具发展潜力的储能材料。MOFs材料可变的金属中心及有机配体导致了其结构与功能的多样性,通过调控材料的中心原子以及有机配体能够实现对MOFs的结构控制。同时MOFs的原料成本较低,如过渡金属(铁,钴,镍)等金属盐作为MOFs的原料在全球分布广泛,储量丰富。

AENM-panghuan

最近,扬州大学庞欢教授及其研究团队主要概述了过渡金属(Fe,Co,Ni)基MOFs及其衍生物的合成,重点是其在储能装置中的应用(超级电容器和电池,包括锂离子电池,锂硒电池,锂空气电池,锂硫电池,钠离子电池以及电池超级电容器混合器件)。过渡金属(Fe,Co,Ni)基MOFs是一种极具发展潜力的电化学储能电极材料。概述了研究人员通过调控MOFs材料的中心原子和配体等相关组成部分,进而优化超级电容器以及电池综合性能。最后,他们对过渡金属(Fe,Co,Ni)基MOFs及其衍生物纳米材料在超级电容器和电池应用中面临的主要挑战和机遇提出了观点。相关成果发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201602733)上。

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