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。     

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。     

MOFs基材料在超级电容器中的应用

金属有机骨架材料（MOFs）多样的组成与结构、高的比表面积和丰富的孔结构等优势,使其逐渐成为高性能电化学储能与转换电极材料研究的热点之一。本文主要介绍了MOFs在超级电容器中的应用研究,阐述了MOFs自身及其复合材料和衍生物（多孔碳、金属硫化物及氧化物）在超级电容器材料应用领域的研究进展,讨论了MOFs基超级电容器的结构特征及其在电化学储能领域中展现出特殊的性质和新颖的功能,提出了MOFs构筑的超级电容器在新能源储存与转换领域发挥的重要作用,最后对MOFs基超级电容器自身结构稳定性差、导电率偏低及其实际应用受限进行了分析。     

金属有机框架材料的合成及在电催化反应中的应用

电催化反应在现代储能和转化中扮演关键角色，先进的电催化剂有助于降低电化学反应过程的能耗并提高反应效率。金属有机框架材料(MOFs)由有机连接体和金属节点构建而成，因其具备高比表面积、大孔隙率、可调谐孔径和灵活功能，成为备受瞩目的多孔晶体材料之一，同时在电催化研究领域获得广泛的探索。介绍了MOFs材料的设计理念和合成方法，探讨其在电催化反应中的应用和提升相应领域内MOFs材料活性的主要研究方向，主要涵盖HER、OER、ORR和CO₂RR领域。此外，还总结了提高MOFs材料电催化性能的基本原则，探讨了该快速发展领域面临的挑战和未来发展方向。     

MOFs及其衍生物的制备及电化学性能研究进展

金属有机框架材料(MOFs)具有丰富的孔道结构和高的比表面积,其在锂离子电池领域的应用也受到了广泛的关注。当MOFs在锂离子电池中作为电极材料应用时,表现出了电流密度高、可逆容量大以及循环稳定性好等优点。以金属有机框架为前驱体得到的衍生物保持了原有材料结构和形貌的一系列优点,在电化学方面同样展现出优异的性能。     

异质结构碳材料的金属空气电池应用研究进展

金属空气电池在可穿戴电子产品和能源储存领域中具有巨大的应用潜力,然而稳定性差和能量效率低的问题限制其性能的进一步提高。电化学氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）对于金属空气电池的性能起着至关重要的作用。发展催化活性高、稳定性好的空气电极催化剂是未来的研究趋势。碳材料因具有导电性优异、结构多样等优势已被广泛用作金属空气电池的导电骨架支撑材料和电催化材料,成为研究的热点。对非金属原子掺杂碳材料、过渡金属及其衍生物掺杂碳材料以及单原子催化剂作为单功能或双功能催化剂的研究进行综述,着重介绍了其在金属空气电池中的应用,对空气电极催化剂存在的问题进行总结,并对未来的发展方向进行展望。     

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。     

MOFs基电化学传感器及其重金属离子检测应用研究进展

现代工业化快速发展，重金属等环境污染严重影响公众健康和生态系统安全。基于MOFs及其复合材料的电化学传感系统是重金属污染物分析检测领域的研究热点。综述了基于MOFs及其复合材料的电化学传感器的构建及其在重金属离子检测中的应用研究进展，简要概述了MOFs材料的组成、结构、分类命名、制备技术、电化学传感优势性能等；探讨了MOFs/碳纳米材料、MOFs/金属纳米材料和MOFs/导电聚合物复合材料应用于电化学传感器的优势特性；详细讨论了MOFs基电化学传感器在Pb²⁺、Hg²⁺和Gd²⁺等重金属离子检测方面的应用研究进展；对MOFs基电化学传感器在重金属离子检测应用中的优势及存在的问题进行了分析，并对未来研究发展趋势进行了展望。     

石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。     

二维金属有机框架及其衍生物用于电催化分解水的研究进展

氢能是一种具有发展前景的可再生清洁能源，电催化分解水是产生氢气的有效途径，设计高效、经济的分解水电催化剂对促进可再生能源的发展至关重要。二维金属有机框架材料（MOFs）具有独特的二维层状结构和灵活可调的化学组成，近年来被广泛应用于电催化分解水领域。二维金属有机框架材料可进一步衍生形成氧化物、磷化物、硫化物、金属-碳复合物等材料，也表现出良好的电催化分解水性能。通过组分调节和结构调控能有效地优化二维金属有机框架及其衍生的材料的本征活性和反应动力学特性，进而提高其电催化性能。此综述介绍了二维MOFs材料及其衍生物在电催化水分解领域的最新研究进展，并展望了其未来研究方向和发展空间。     

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.     

金属有机骨架及其衍生材料活化过硫酸盐在水处理中的

金属有机骨架材料（MOFs）具有以金属离子为中心的结构特征,因此利用MOFs及其衍生材料可构建非均相过硫酸盐催化氧化体系,该体系能耗低且高效,在水处理中具有良好的应用前景。本文综述了MOFs及其衍生材料活化过硫酸盐处理水中难降解有机污染物（包括有机染料、环境内分泌干扰物和抗生素）的研究现状,探讨了不同组成及结构的MOFs及MOFs衍生材料对催化降解水中有机污染物性能的影响,指出MOFs及其衍生材料的结构设计、合成策略、不饱和的金属活性位点以及反应体系中的活性物质等是体系催化降解能力的重要影响因素。最后总结了目前基于MOFs材料活化过硫酸盐作为一种新型的高级氧化技术在水处理应用研究中存在的问题,并提出新型高效联合活化体系的构建及活化作用机制深入的探索和完善是今后研究的重点。     

金属-有机框架在二次电池中的储能机制研究进展

金属-有机框架（MOFs）具有多孔、大比表面积和结构与功能可调控等特点,已被广泛用作二次电池电极材料。本文重点介绍了MOFs作为二次电池电极材料的储能机制研究进展,主要分为转化储能机制、脱嵌储能机制、物理吸脱附储能机制等,并分析了各类储能机理的储能特点及对电化学性能的影响,探究了MOFs在较大离子半径的钠、钾离子电池中的应用特点及发展潜力。最后简要讨论了MOFs作为电极材料的设计思路为兼顾各类储能机制的优点,即选用较多储能位点的结构及较稳定的金属离子作为有机配体的连接点。     

Multiwalled nanotube-coated mesophase carbon microbeads for use as anode material in lithium ion batteries

The recent developments in lithium ion secondary batteries (LIBs) have been achieved by using selected carbon materials as the anode. Mesophase carbon microbead (MCMB) anode materials have stable Li intercalation and de-intercalation characteristics, making them a good anode material for use in LIBs. However, batteries with pure MCMB anodes are known to have a low power density. Multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) are one of the most promising materials for improving a range of electrochemical energy conversion and storage devices because of their unique physical properties, including high electrical conductivity and superior chemical and mechanical stability. Therefore, in this study, MWNTs were deposited on the surface of MCMB anodes to improve their electrical conductivity. The anode materials were separately functionalized using carboxylic acid and amine groups to form MWNT-COOH and MCMB-NH₂, respectively, providing them with surfaces of opposite charge. The surface morphology was assessed using scanning electron microscopy, and the electrochemical characteristics were analyzed by cyclic voltammetry and AC impedance measurements in a coin cell. The AC impedance and cyclic voltammetry measurements indicated that MCMBs with MWNTs deposited on their surfaces are promising electrode materials, providing high power density for LIBs.     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。     

炭化叶脉网络生长MOFs材料制备透明超级电容器

可穿戴和便携式电子设备迫切需要发展透明超级电容器等电化学储能器件。炭化树叶叶脉由连续的碳纤维网络构成,具有非常好的透明性,且兼具导电性好和质量轻的优点。本文以炭化菩提树叶叶脉网络为集流体,通过溶剂热法在其上原位生长了Ni/Co混合金属-有机框架材料（Ni/Co-MOF）。炭化叶脉的连续碳纤维网络有利于电子连续传输及电解液的输运;Ni/Co-MOF中混合金属中心有利于提供更多的电化学位点存储电荷。所制备的炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF透明电极在1mA/cm²电流密度下表现出1.15F/cm²的高面积容量,经过1000次循环后,容量保持率为105.4%,仍具有良好的循环稳定性。以炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF和炭化叶脉网络@活性炭组装成非对称透明超级电容器,在1.6V的大电势窗口、1mA/cm²的电流密度下,得到的面积容量为0.47F/cm²、面积能量密度为0.61W·h/cm²;并具有良好的循环稳定性,在循环300圈后,容量保持率为93.6%。炭化叶脉网络@MOF材料的方法将为制备透明功能器件如传感器、光电器件、太阳电池和锂离子电池等应用提供了新途径。     

Defect engineering on the defluorinated MWCNTs@SnO2@N-doped carbon composite for enhanced lithium storage performance

When tin oxide (SnO₂) is used in the anode of lithium-ion batteries, its capacity decreases dramatically due to poor conductivity and volume effects during the electrochemical cycle. Although composites with traditional carbon-based materials can improve this shortcoming, the low capacitance of such materials still limits the capacity of the composites. Therefore, we applied defect engineering to SnO₂/C composite electrodes for the first time, and prepared D-MWCNTs@SnO₂@N–C composite electrodes with hollow rod structures. Defects were constructed in the carbon materials to promote electron diffusion and ion storage active sites. The hollow structure can adapt to the volume change that occurs during Li-ion insertion/desorption. In addition, the detachment of F atoms and the insertion of N atoms, which are chemical processes that occur on the surface of carbon materials, promote an increase in surface porosity and defect density, thereby providing additional lithium storage sites. The double carbon effect caused by defect engineering provides a multidimensional transport path and rapid migration rate for Li-ions, which enables the electrode to display excellent electrochemical performance; thus, this work could lead to the preparation of next-generation anode materials with high energy storage capacity, high rate capability and high cycle stability.     

Chemically engineered graphene oxide as high performance cathode materials for Li-ion batteries

The development of environment-friendly electrode materials is highly desired for the clean and sustainable Li-ion batteries (LIBs) system. Organic cathode materials that involve conducting polymers, organic carbonyl/sulfur compounds are expected to be promising candidates for future LIBs with a concept of “green and sustainable”. However, their battery performances are relatively worse than that of inorganic counterparts due to their low electronic conductivity and unwanted dissolution reactions occurring in electrolytes. Aimed to alter their performances, we herein focuses on the preparation of upgraded organic materials by chemical engineering of graphene oxide (GO) and the systematic study of their electrochemical performance as positive electrodes for LIBs. The obtained decarboxylated GO and carbonylated/hydroxylated GO electrodes show significantly enhanced electrochemical performance compared with that of the GO electrode. Our results demonstrate that the manipulation of oxygen functional groups on GO is an effective strategy to greatly improve the Li storage property of GO-based materials for advanced LIBs cathodes.