Small Methods:金属有机骨架化合物复合材料的研究进展:设计原则,合成策略和电化学提升机制综述

人类社会的飞速发展,化石能源的枯竭和环境的严重污染,迫使人们必须开发高效的电化学能源转换与存储技术。而电极材料是影响能源转换与存储设备工作电压、能量密度、循环性能、倍率性能的关键。因此,电极材料的结构设计具有重要研究意义。金属有机骨架化合物(MOFs由有机配体和金属离子组成,以其为前驱体,通过控制后续处理条件,可实现结构组分可调、功能多样性的各类多孔碳、金属化合物及碳/金属化合物复合材料的可控合成,其作为电极材料展现出优异的电化学性能,具备良好的应用前景。更进一步,优化结构设计,实施材料的控制合成,预先将MOFs和功能性材料(比如碳材料、高聚物等)进行复合,预先构筑MOFs基复合材料,其衍生结构将会展现出比单一MOFs衍生结构更加优异的电化学性能。因此,探究MOFs与不同功能性材料的复合策略,明确电化学反应增强机制、电极结构与电化学性能的关系,对于MOFs基电极材料的制备具有重要意义。

最近,山东大学尹龙卫教授团队在Small Methods上发表了题为 “Rational Microstructure Design on Metal–Organic Framework Composites for Better Electrochemical Performances: Design Principle, Synthetic Strategy, and Promotion Mechanism”的综述论文,结合课题组前期工作,系统、全面地概述了近年来关于MOFs基复合材料及其衍生结构用于电化学领域的最新进展。文章详细论述了构筑各种MOFs基复合材料的设计原则,系统总结了MOFs与各类功能性材料的复合策略(主要包括碳材料、金属氧化物、泡沫镍、高聚物、第二种MOF等),阐述了各类功能性材料的引入对于电化学性能的提升机制。最后,文章对于MOFs以及MOFs基复合材料用于电化学领域的研究难点和发展方向进行了展望,旨在为相关领域的研究者提供电极材料设计新思路和新方法。相关工作发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201900756)。本文第一作者为山东大学毕业博士研究生,现滑铁卢大学博士后李朝强。