第一作者：Jiang Qiang，XiongPeixun
通讯作者：陈龙教授，许运华教授
通讯单位：天津大学
核心提示
1、近日，天津大学陈龙教授、许运华教授(共同通讯作者)等通过简单的溶剂热方法合成了新型氧化还原活性二维铜-苯醌金属有机框架(Cu-THQ MOF)，丰富的孔隙率和本征的氧化还原特性使二维Cu-THQ MOF具有良好的电化学活性，并在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Redox-Active 2DMetal-Organic Framework for Efficient Lithium Storage with Extraordinary HighCapacity”的研究论文。2、二维Cu-THQ MOF作为锂离子电池正极具有高可逆容量(387 mAh·g-1)、大比能量密度(775 Wh·kg-1)和良好循环稳定性。上述性能指标超过了大多数用于可充电能量存储的MOF基正极材料。3、最重要的是，作者通过全面的光谱学技术进一步揭示了反应机理，其中展示了每个配位单元的三电子氧化还原反应和每个铜离子的一电子氧化还原反应机理。二维Cu-THQ MOF为未来高性能MOF基正极材料的合理设计提供了新思路，以实现有效的能量存储和转换。
研究背景
1、与过渡金属化合物相比，有机材料优势更加明显，然而其在非水电解质中的溶解和小分子固有的低电子电导率严重阻碍了其在LIB中用作电极材料。近年来，作为由有机连接体和金属节点构成的一类新型的结晶多孔配位聚合物，金属有机框架(MOF)在电化学储能方面引起了越来越多的关注，由于刚性和延伸的骨架，其不溶于有机电解质。2、此外，得益于有机桥联配体和金属离子/簇的多样性，可以有效地调节MOF的电化学性能。此外，固有的多孔通道使离子传输和电解质渗透变得容易。上述优点使MOF有望成为LIB的电极材料。
图文导读
图1、二维Cu-THQ MOF的制备过程及其结构、形貌表征
a,b)二维Cu-THQ MOF的制备过程和晶胞结构；
c)二维Cu-THQ MOF的PXRD图谱；
d)二维Cu-THQ MOF的N2吸附等温线；
e)二维Cu-THQ MOF的SEM图像；
f)二维Cu-THQ MOF的HRTEM图像，内插为所选区域的放大图片。
图2、二维Cu-THQ MOF电极的电化学性能
a) 0.1 mV·s-1时的CV曲线；
b) 50 mA·g-1下、前三个循环的充/放电曲线；
c) 50 mA·g-1时的循环性能；
d) 50~1000mA·g-1不同电流密度下的倍率性能。
图3、二维Cu-THQ MOF电极的综合光谱分析
a) 二维Cu-THQ MOF电极的EPR光谱；
b) 二维Cu-THQ MOF电极的FTIR光谱；
c) 二维Cu-THQ MOF电极在不同充/放电状态下的Cu hXAS分析；
d) 二维Cu-THQ MOF电极在不同充/放电状态下的O sXAS分析。
图4、二维Cu-THQ MOF电极的充/放电机理分析
a) 二维Cu-THQ MOF电极在50 mA·g-1时的恒电流充电/放电曲线，标记的六个区域表示2D Cu-THQMOF不同的充/放电过程；
b) 在充/放电过程中2D Cu-THQMOF重复配位单元的电子态演变，Li和O之间的结合位点以及Cu的价态变化由蓝色和灰色圆圈表示。
全文总结
1、综上所述，作者已经证实二维铜-苯醌MOF可作为高能量密度LIB正极。 hXAS、sXAS、EPR、FT-IR的综合光谱方法揭示了铜离子和有机配体在充/放电过程中均表现出显著的氧化还原活性，从而产生了非常高的比容量。2、2D Cu-THQMOF可提供高达387 mAh·g-1的可逆容量，具有775 Wh·kg-1的高比能量密度，并具有良好的循环稳定性，在100个循环后仍可保持340 mAh·g-1。3、作者的发现为合理设计和开发用于下一代LIB的2D MOF基导电材料正极材料提供了有效策略。
文献信息：Redox-Active 2D Metal-Organic Framework for Efficient Lithium Storagewith Extraordinary High Capacity (Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201914395)
