有机金属骨架材料在电化学储能领域中的研究进展

金属有机骨架材料（MOFs）由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等引起了学者们的极大关注,尤其在电化学储能领域取得了较大的研究进展。本文综述了近几年MOFs基材料在锂硫电池、锂离子电池和超级电容器等电化学储能领域中的应用。详细介绍了MOFs及其复合材料作为锂硫电池正极载体时与活性物质的作用机理,探讨了MOFs对活性物质硫的物理封装和化学配位作用。此外,阐述了MOFs衍生碳材料因独特孔结构、较强导电性和丰富活性位点等作为电极材料时对电池性能的提升。最后对MOFs基材料在电化学储能中的研究前景作出了展望,指出MOFs基材料中杂原子比例的控制和孔道设计是未来研究的重点。     

纳米MOFs及其衍生物在超级电容器中的研究进展

金属有机框架（MOFs）材料因其大的比表面积、可调控的孔道结构和丰富的活性位点引起了国内外学者们的广泛关注。近年来MOFs基材料广泛应用于能量储存与转化领域,但大多数MOFs基材料的低稳定性和低导电性等缺陷限制了其实际应用。通过对MOFs基材料进行改性,如采用共轭度高的有机配体以增加MOFs材料的稳定性,或MOFs衍生物以提高其氧化还原活性位点和导电性,从而达到提高MOFs基电极材料的电化学性能。主要介绍了原始MOFs及其衍生材料如碳材料、金属氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物和金属磷化物等在超级电容器电极材料中的最新研究进展。研究表明,多金属MOFs材料或多金属MOFs衍生物有利于提高电极材料的电化学性能,而导电MOFs材料或MOFs衍生物中的碳材料有利于提高电极材料的导电性。最后对MOFs基电极材料在电化学储能领域中的研究做出了展望,指出MOFs基材料的形貌、组分和导电性是未来研究的发展方向。     

金属有机框架(MOFs)在超级电容器中的应用与展望

随着全球环境污染问题加重,人们需要清洁高效的能源取代化石燃料,因此开发新型绿色储能装置变得越来越重要。超级电容器是介于传统电容器和电池之间的新型电容器,虽然超级电容器比起传统电容器在储能、功率密度和循环性能等方面有所提升,但在可持续的能源转换和储存系统中,探索高稳定性和高容量的新材料仍是一个充满挑战的问题。金属-有机骨架(MOFs)具有的高比表面积和可调节孔径特性,使其成为电催化候选材料并且在超级电容器领域中引起关注。通过文献研究,介绍了几种常见超级电容器如双电层电容器,赝电容和混合电容器及其近些年在超级电容器领域的MOFs分类：ZIF、IROMFs、MILs、UIOs、HKUST-1系列和其他近年发现的新型MOFs材料,最后总结了MOFs的研究进展及其优缺点,并对金属有机框架(MOFs)在超级电容器中的发展与挑战进行了讨论。     

金属有机框架衍生的0维材料在超级电容器中的应用

金属-有机框架( metal-organic frameworks，MOFs)衍生的0维材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔径可调等特点，近年来广泛用于锂离子电池、燃料电池和超级电容器等储能器件中。电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素。MOFs衍生的0维材料在超级电容器中的应用具有广阔的前景。综述了MOFs衍生的0维材料在超级电容器中的研究进展，探讨了目前在该领域中存在的问题，并对其未来的发展前景进行了展望。     

金属有机框架复合材料在超级电容器中的合成及应用研究

电极材料是超级电容器（SCs）的关键部件，金属有机框架（MOFs）作为一种多孔材料，由于其具有比表面积大、结构可控、孔径可调等优点在SCs电极材料领域得到诸多关注，而MOFs的低导电性和稳定性仍然是实际应用中的主要挑战。MOF复合材料是一类由MOFs与一种或多种不同材料组成的复合材料，它可以有效地结合MOFs和其他功能材料的优势，例如优良的导电性和独特的电化学性质等。因此，MOF复合材料可以实现高可逆容量和优良的循环性能，克服MOFs材料的缺点，在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景。根据与MOFs复合的材料维度分类，可分为0D、1D、2D和3D MOFs四类复合材料，重点综述了这四类复合材料的组成及合成方法，并系统介绍了MOF复合材料的SCs应用，对其发展前景进行展望。     

表面化学反应控制制备多级结构电极材料及性能

超级电容器和锂离子电池等储能设备的研究和开发日益受到人们的关注。对于超级电容器和锂离子电池等储能设备,其电化学性能主要取决于电极材料,因此高效储能材料的制备成为开发高效储能设备的关键。本文主要介绍了多级结构过渡金属氧化物基电极材料的制备及性能,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器和锂离子电池方面的相关工作:基于表面化学反应控制制备多级结构金属氧化物、金属氢氧化物/碳嵌入式纳米杂化物以及多种三维结构的多元复合电极材料,表现出优异的电化学性能。     

金属有机框架材料在超级电容器中的应用研究进展

金属有机框架(MOFs)具有比表面积大、结构和功能可调控等优点,是理想的超级电容器电极材料。综述了近3年来国内外基于MOFs材料制备超级电容器的研究进展,包括单金属MOFs、双金属MOFs和二维MOFs,并展望了MOFs材料在超级电容器中的应用前景。     

一维有序聚苯胺纳米阵列在超级电容器中的研究进展

从聚苯胺（polyaniline, PANI）的结构特征和导电机理出发,详细叙述了一维有序PANI纳米阵列的优点及各种制备方法,指出了PANI纳米阵列作为超级电容器电极材料的优势。根据电极材料分类,重点综述了PANI阵列结构基与导电高分子材料、碳材料、金属氧化物复合作为超级电容器电极材料的应用情况;讨论了这些电极材料的结构特点、制备方法、提高电化学储能性的机理及上述研究中存在的问题;最后根据存在的问题,提出进一步优化PANI阵列结构基电极材料电化学性能的制备方法与策略,并对未来PANI阵列结构基电极材料在超级电容器的发展前景进行了展望。     

基于镍材料的柔性固态超级电容器研究进展

柔性固态超级电容器在可穿戴电子设备的储能领域发挥着重要作用，电极作为关键部件，决定了储能器件的性能。镍基材料具有优越的电化学性能，作为电极材料具有广阔的应用前景。根据化学成分将镍基材料分为若干类，重点介绍了镍基/金属以及镍基/非金属材料柔性固态超级电容器的最新进展。简要总结了镍基材料面临的挑战，并对未来的发展进行了展望。     

水滑石基电极材料的结构调控及电化学储能应用研究进展

水滑石是一种具有层板金属阳离子可搭配、层间客体可替代和高分散性的二维层板状纳米材料,在能量存储与转换应用领域获得广泛的关注和研究。但由于水滑石自身存在容易聚集和电导率差并且在电化学循环过程中易粉化的问题,因此需对水滑石基电极材料进行针对性结构设计,从而提高其电化学性能。系统介绍了水滑石材料的结构与性质特点和当下对其结构调控的研究进展。另外,还详细介绍了其在电化学储能领域的应用进展,主要包括锂离子电池和超级电容器电极材料领域,并展望了今后的研究趋势。     

Research on synthesis and application of metal-organic frame composites in supercapacitors

Electrode material is a key component of supercapacitors (SCs). As a porous material, metal-organic frameworks (MOFs) have attracted much attention in the field of SCs electrode materials due to their high specific surface area, controllable structure, and adjustable pore size. The low conductivity and stability of MOFs are still the main challenges in practical applications. MOF composite materials are a type of composite materials composed of MOFs and one or more different materials. They can effectively combine the advantages of MOFs with the advantages of other functional materials, such as excellent electrical conductivity and unique electrochemical properties. Therefore, MOF composite materials can achieve high reversible capacity and excellent cycle performance, overcome the shortcomings of MOFs materials, and have broad application prospects in the field of SCs electrode materials. According to the dimensional classification of the materials combined with MOFs, they can be divided into four types of composite materials: 0D, 1D, 2D, and 3D MOFs. The composition and synthesis methods of these four types of composite materials are reviewed. The application of MOF composite materials in the field of SCs is systematically introduced. Furthermore, its development prospects are prospected.     

Emerging Synthetic Methods and Applications of MOF-Based Gels in Supercapacitors,Water Treatment,Catalysis, Adsorption,and Energy Storage

Metal–organic frameworks (MOFs), which are synthesized through the self-assembly of organic ligands and inorganic metals, have drawn considerable research interest owing to their unique properties and attractive structures. Many studies on various MOF derivatives, such as MOFs and cellulose aerogels, hydrogel composite materials, and bimetallic-centered MOF materials, have provided the potential for wide application of MOFs. However, MOFs mostly exist in the form of powder particles, which are difficult to form. In addition, MOFs have problems with structural instability. MOF-based gels can overcome this problem. MOF-based gels also have significant advantages in secondary processing. In this review, synthetic methods for MOF-based gels, particularly the synergistic effect with other materials, are introduced. The applications of MOF-based hydrogels and aerogels in supercapacitors, water treatment, catalysis, adsorption, and energy storage are also discussed.     

面向柔性超级电容器的功能水凝胶材料的研究进展

功能水凝胶作为一种三维高分子网络结构的软湿材料,具有可灵活调控的功能特性,为设计和构建高性能柔性超级电容器提供了理想的材料。本文综述了近年来面向柔性超级电容器领域的功能水凝胶材料的研究进展,重点分类介绍了面向电化学双层电容器和赝电容器的功能水凝胶材料的设计构建和性能强化。探讨了通过水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控来提升超级电容器的电化学性能和力学性能的策略。同时,探讨了水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控在实现其自愈合、高耐寒等多样化功能特性方面的重要作用。最后,对功能水凝胶材料柔性超级电容器在高储能、高柔性、高保水、自愈合、高耐寒、绿色可降解等方面的未来发展进行了展望。     

The role of nanomaterials in redox-based supercapacitors for next generation energy storage devices

The development of more efficient electrical storage is a pressing requirement to meet future societal and environmental needs. This demand for more sustainable, efficient energy storage has provoked a renewed scientific and commercial interest in advanced capacitor designs in which the suite of experimental techniques and ideas that comprise nanotechnology are playing a critical role. Capacitors can be charged and discharged quickly and are one of the primary building blocks of many types of electrical circuit, from microprocessors to large-sale power supplies, but usually have relatively low energy storage capability when compared with batteries. The application of nanostructured materials with bespoke morphologies and properties to electrochemical supercapacitors is being intensively studied in order to provide enhanced energy density without comprising their inherent high power density and excellent cyclability. In particular, electrode materials that exploit physical adsorption or redox reactions of electrolyte ions are foreseen to bridge the performance disparity between batteries with high energy density and capacitors with high power density. In this review, we present some of the novel nanomaterial systems applied for electrochemical supercapacitors and show how material morphology, chemistry and physical properties are being tailored to provide enhanced electrochemical supercapacitor performance.