香港理工大学徐宾刚Angew.：MOF的双氧化还原反应用于水性锌离子电池

研究内容

金属有机骨架(MOFs)具有高孔隙率、结构多样、种类丰富、形貌可控等特点，在未来作为水性锌离子电池(AZIBs)的正极有着广泛的应用前景。然而，低能量密度和较差的循环稳定性阻碍了实际应用的可行性。

香港理工大学徐宾刚 提出并证明了一种有机/无机双电活性位点的创新策略，在锰基金属-有机框架(Mn-MOF-74)中获得额外的容量并提高能量密度。同时，对其储能机理进行了系统的研究。得益于配位效应，Mn-MOF-74在ZnSO 4 电解质中具有稳定的结构。Zn/Mn-MOF-74电池表现出高能量密度和优异的循环稳定性。相关工作以“ Unlocking Double Redox Reaction of Metal-Organic Framework for Aqueous Zinc-Ion Battery ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者创新性地提出了一种有机/无机双电活性位点的策略，在锰基金属有机框架(Mn-MOF-74)中获得额外的容量并提高能量密度。

要点2. 电化学分析和结构表征表明，Mn-MOF-74正极表现出两种氧化还原反应，包括锰氧化还原反应和伴随Zn 2+ 和H + 共插入/提取的氧氧化还原反应。

要点3. 得益于配位效应，Mn-MOF-74电极显示出优异的稳定性。Zn/Mn-MOF-74电池在2 M ZnSO 4 的电解质中，在100 mA g -1 下提供252.6 mAh g -1 的高比容量。由于高的可逆容量和电压平台，获得了310 Wh kg -1 的高能量密度。组装的柔性Zn/Mn-MOF软包装电池在不同的机械变形条件下表现出稳定的电化学性能。

这一发现有利于提高MOFs在AZIBs中的电化学性能和释放其应用潜力。

研究图文

图1. a） Mn-MOF-74的合成过程和晶体结构。b）水性Zn/Mn-MOF-74电池和双重氧化还原反应的示意图。c）Mn-MOF-74的XRD。d）Mn-MOF-74的氮吸附/脱附等温线和孔径分布曲线。e）Mn-MOF-74的SEM。f）Mn-MOF-74的TEM。

图2. 充电/放电机理探究。

图3. Zn/Mn-MOF-74电池的电化学性能。

图4. Zn/Mn-MOF-74电池的电化学动力学。

图5. 柔性Zn/Mn-MOF-74软包装电池在机械变形条件下的应用。

文献详情

Unlocking Double Redox Reaction of Metal-Organic Framework for Aqueous Zinc-Ion Battery

Shenzhen Deng, Bingang Xu,* Jingxin Zhao, Chi Wai Kan, Xinlong Liu

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI : https://doi.org/10.1002/anie.202401996