中國(guó)粉體網(wǎng)訊 超級(jí)電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的新型儲(chǔ)能裝置，其功率密度顯著高于充電電池，同時(shí)具有充放電效率強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而在電子通信、能源化工、航空航天等眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
盡管超級(jí)電容器電極材料的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，但是目前常用的電極材料低的比表面積及孔隙率抑制了活性組分與電解質(zhì)的直接接觸，降低了電子轉(zhuǎn)移和離子傳質(zhì)的能力，從而導(dǎo)致電極材料的能量密度和功率密度難以提升；并且電極材料組分利用率較低，處于塊體內(nèi)部的活性基元在快速的充放電過(guò)程中不能充分地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，繼而導(dǎo)致了其倍率特性較差。因此，如何構(gòu)筑具有高比表面積和豐富活性位點(diǎn)的電極材料，同時(shí)使活性組分的利用率顯著提高，對(duì)開(kāi)發(fā)新型超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。
金屬有機(jī)框架材料（MOFs）是由金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)單體通過(guò)配位鍵形成新型多孔晶體材料。1995 年，Yaghi 課題組以金屬鈷為活性位點(diǎn)，以吡啶為配體合成了首例 MOF 材料。MOFs 具有高的比表面、孔道結(jié)構(gòu)整齊均一、孔道尺寸可調(diào)節(jié)、密度低、結(jié)晶度高和易于修飾等特點(diǎn)，因此在催化、氣體吸附分離、光電材料和有機(jī)合成等諸多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
近年來(lái)，多孔 MOFs 及衍生物逐漸被應(yīng)用到電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，如鋰離子電池、燃料電池及超級(jí)電容器等。一方面 MOFs 具有豐富的相互貫穿型孔道結(jié)構(gòu)，便于電子和離子的傳輸；另一方面，MOFs 屬于晶態(tài)材料，結(jié)構(gòu)高度有序，活性位點(diǎn)均勻分散，暴露的活性位點(diǎn)有利于參與能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，最終可以有效實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器電化學(xué)儲(chǔ)能性能的提升。
然而，MOF的低導(dǎo)電性和不完全暴露的活性位點(diǎn)一定程度上限制了其電化學(xué)性能。2021年5月11日下午19:00，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下平臺(tái)粉體公開(kāi)課邀請(qǐng)到中北大學(xué)王延忠教授作《金屬有機(jī)框架材料在超級(jí)電容器的應(yīng)用》報(bào)告，屆時(shí)王延忠教授將介紹MOFs材料用作超級(jí)電容器電極材料的研究進(jìn)展，詳解課題組在2D MOFs材料的制備，導(dǎo)電性能調(diào)控和電化學(xué)性能研究方面取得的成果，以及與活性炭材料為負(fù)極組裝非對(duì)稱(chēng)型電容器，驗(yàn)證了MOF基復(fù)合材料實(shí)際應(yīng)用的電化學(xué)性能。
報(bào)告人介紹
王延忠，教授，碩士研究生導(dǎo)師，現(xiàn)為中北大學(xué)山西省氫能與燃料電池聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室副主任，曾獲得 “山西省高等學(xué)校優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人”，“山西省131中青年拔尖創(chuàng)新人才”和“山西省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文指導(dǎo)老師”，兼任Angewandte Chemie International Edition、ACS Applied Materials and Interface、ACS applied Energy Materials、Journal of Power Source、Chemical Engineering Journal等期刊特邀審稿人。目前主要從事超級(jí)電容器、鋰電池、電催化和燃料電池等研究。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人先后主持了國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)，其中國(guó)家自然基金1項(xiàng)和軍委裝備發(fā)展部項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表SCI論文40余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)。
資料來(lái)源：
蔡詩(shī)怡等：金屬有機(jī)框架（MOF）材料在鋰硫電池的應(yīng)用前沿進(jìn)展
周健等：MOFs 基材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
