「二維垂直」策略全方位提升MOF在超級電容器的性能

金屬有機框架（MOF）因結構和功能的多樣性而受到廣泛關注。 MOF 材料具有高比表面積且存在大量活性位點，因此可作為電化學儲能器件的電極。然而低導電性以及傳統製備電極方法導致的生長取向不均一的問題限制了 MOF 材料優勢的發揮。通過獨特的合成方法可徹底解決 MOF 材料導電性差和取向雜亂的問題，具有重要的科學意義與巨大的潛在應用價值。

Characterization of Ni MOF powders and carbon nanowalls.aXRD characterization of MOF powders.bSEM images of Ni MOF show flake-shape and random orientations. Scale bar?=?400?nm. Inset: a lower magnification showing random orientations of MOF flakes. Scale bar?=?1?μm.cRaman spectrum of PECVD prepared carbon nanowalls.dSEM images of PECVD prepared carbon nanowalls with different magnifications. Scale bar?=?500?nm. Inset: a higher magnification. Scale bar?=?50?nm

在 Communications Chemistry 最近發表的研究Vertically co-oriented two dimensional metal-organic frameworks for packaging enhanced supercapacitive performance中吉林大學鄭偉濤教授、張偉教授和鄧霆博士等以等離子體增強化學氣相沉積法製備的納米碳牆作為模板和集流體，與 MOF 的前驅體結合成功地合成出了具有垂直結構的二維 MOF 材料。通過第一性原理對 MOF 的生長機理進行了計算模擬，發現合成 MOF 的前驅體吸附在碳牆的邊緣並沿著邊緣生長，金屬離子與有機配體繼續沿著平行於碳牆的方向進行自組裝，最後形成了具有垂直結構的 MOF 。

這項成果不僅解決生長了取向雜亂問題，與碳材料複合還可有效提高其導電性。該合成方法十分簡單、高效。課題組將製備的具有垂直結構的二維MOF作為超級電容器的電極，在 1 Ag-1的電流密度下最大比電容可達 1962 Fg-1，而在 32 Ag-1的大電流密度下，比電容亦可高達 996 Fg-1。相比傳統方法製備的同種 MOF 材料電極，在性能上實現了巨大的飛躍。這種高效、簡單的合成方法也拓寬了 MOF 材料在儲能領域的應用前景。

論文原標題：

Vertically co-oriented two dimensional metal-organic frameworks for packaging enhanced supercapacitive performance

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