JACS：导电锂离子MOF正极

金属有机框架（MOF）已成为一类重要但极具挑战性的电化学储能材料。由于精确的化学和结构控制是强制性的，而电活性MOF的化学原理仍然缺乏深入探索。例如，迄今为止，还没有合成具有锂离子储存和可逆氧化还原（如传统锂离子正极）的阴离子MOF。

在此，比利时鲁汶大学Alexandru Vlad等人通过对原型CPO-27中过渡金属化学计量和二级构建单元 (SBU) 拓扑结构的配体的合理控制，报告了一种通式为Li₂-M-DOBDC（其中M= Mg²⁺或Mn²⁺；DOBDC^4–= 2,5-二氧化-1,4-苯二甲酸酯）的导电锂离子MOF正极。

精确的化学和结构变化不仅使可逆氧化还原成为可能，而且由于混合氧化还原促进了有效的电子自交换，导电性增加了百万倍:Li₂-M-DOBDC为10^-7 S/cm，而H₂-Mn-DOBDC，Li₂-Mg-DOBDC或Mn-CPO-27组成的类似物仅为10^-13 S/cm。

图1. 几种MOF材料制备所采用的合成路线示意图

这种特殊的SBU拓扑结构还大大提高了DOBDC^4-的氧化还原电位(相对于Li⁺/Li⁰，从2.4 V上升到3.2 V)，这是锂离子电池组装和能量评估的一个非常实用的功能。

作为一种特殊的正极材料，Li₂-Mn-DOBDC 的平均放电电位为3.2 V vs Li⁺/Li⁰，在100次循环中表现出出色的容量保持率，同时还拥有快速循环速率，这归因于固有的电子导电性。该材料通过组成和SBU设计容纳配体的非配位氧化还原中心，验证了MOF中可逆氧化还原活性和电子电导率的概念。

图2. Li₂-Mn-DOBDC电极的锂储存性能

An Electrically Conducting Li-Ion Metal-Organic Framework, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c04591

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JACS：导电锂离子MOF正极

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