近日，來自斯坦福大學(xué)的鮑哲南教授課題組聯(lián)合斯德哥爾摩大學(xué)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室在著名Nature子刊Nature Energy上發(fā)表題為” Robust and conductive two-dimensional metal organic frameworks with exceptionally high volumetric and areal capacitance”的文章。
該文章報(bào)道了一種設(shè)計(jì)具有氧化還原活性的導(dǎo)電MOF材料用于超級電容器方法，這種MOF的容量由贗電容貢獻(xiàn)，而不是電雙層電荷。為了增加氧化還原活性中心，選取了超小的HAB(hexaaminobenzene)連接體構(gòu)筑導(dǎo)電MOF。HAB連接體與d8和d9直角-平面配位幾何的金屬種類一致，因而產(chǎn)生了亞納米孔。這一特性產(chǎn)生了高體積和大面積電容，能用于亞毫米厚度的電化學(xué)電容器。
圖一：HAB MOFs的合成和結(jié)構(gòu)表征。
a)Cu-/Ni-HAB MOFs的合成示意圖；
b)Cu-HAB的PXRD實(shí)驗(yàn)和模擬曲線；
c)Cu-HAB薄膜的2D GIXD圖樣；
d)Cu-HAB的HR-TEM圖；
e)圖d中藍(lán)色區(qū)域的HR-TEM圖；
f)從HR-TEM計(jì)算的對稱附加和平均晶格圖像；
g)實(shí)驗(yàn)和h)模擬的電子衍射圖樣；
i)Cu-HAB的空間分布模型。
圖二： HAB MOFs的制備、吸收圖譜和導(dǎo)電性。
a)SEM圖；
b)冷壓成型制備Ni-HAB；
c)UV-vis-NIR吸收光譜；
d)溫度-電導(dǎo)關(guān)系圖。
圖三：電化學(xué)性能表征。
a)/b)CV圖；
c)EIS圖；
d)掃速與重量電容、體積電容的關(guān)系；
e)Ni-HAB電極不同載量下的面積倍率性能；
f)10A g-1電流密度充放電的電容保持量。
圖四：Ni-HAB體積和面積容量與其他材料的比較。
制備了一種基于HAB配位基的高導(dǎo)電二維MOFs，該材料具有良好化學(xué)穩(wěn)定性。選取的小HAB配位基不僅利于合成高密度的框架，并且得到了超高體積電容性能（760F cm-3）的同時(shí)，也獲得了穩(wěn)定的氧化還原行為和400F g-1的質(zhì)量電容。由于HAB MOF顆粒尺寸較小，盡管電極的厚度增加至360μm， 面積電容的值也達(dá)到20F cm-2。并且，12000次循環(huán)后電容保持量仍有90%。
