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山大馮金奎ACS Nano：共價(jià)有機(jī)框架及其衍生物助力可充電池金屬負(fù)極

基于沉積/剝離電化學(xué)的金屬負(fù)極，如金屬鋰、鈉、鉀、鋅、鈣、鎂、鐵和鋁，由于低電化學(xué)勢(shì)、高理論比容量、優(yōu)異的電子導(dǎo)電性等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是構(gòu)建下一代高能量密度可充金屬電池有前景的負(fù)極材料。

然而，其固有的高化學(xué)反應(yīng)活性、嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)、大體積變化、不穩(wěn)定的界面等問(wèn)題在很大程度上阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。共價(jià)有機(jī)骨架（COFs）及其衍生物作為新興的多功能材料，由于其豐富的親金屬官能團(tuán)、特殊的內(nèi)部通道和可控的結(jié)構(gòu)，在過(guò)去幾年中已經(jīng)很好地解決了金屬負(fù)極的固有問(wèn)題。

山東大學(xué)馮金奎等人詳細(xì)回顧了多功能COFs及其衍生物在可充金屬電池金屬負(fù)極中的應(yīng)用。同時(shí)，提出了一些展望和意見(jiàn)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，COFs及其衍生物的應(yīng)用主要集中在鋰金屬負(fù)極，其他金屬負(fù)極的應(yīng)用幾乎是空白。對(duì)于鋰金屬負(fù)極，COFs及其衍生物的近期研究主要集中在通過(guò)構(gòu)建基于COFs的固態(tài)電解質(zhì)、界面改性和作為成核種子來(lái)減少鋰金屬負(fù)極的腐蝕。

由于這些研究中鋰金屬負(fù)極的比例很大，作者在這篇綜述中重點(diǎn)關(guān)注鋰金屬負(fù)極。事實(shí)上，鋰金屬負(fù)極的改性策略可以擴(kuò)展到其他金屬負(fù)極，因?yàn)檫@些金屬負(fù)極在電化學(xué)中具有許多相似的行為。

圖1 COFs制備方法的發(fā)展

在這篇綜述中，作者首先介紹了鋰金屬負(fù)極的一些基本信息，即穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極的優(yōu)點(diǎn)、問(wèn)題和報(bào)道的策略。然后簡(jiǎn)單介紹了其他金屬負(fù)極。接著，列出了COFs的背景，例如合成方法、優(yōu)點(diǎn)、種類和應(yīng)用。

隨后，仔細(xì)總結(jié)了多功能COFs及其衍生物在穩(wěn)定和長(zhǎng)循環(huán)金屬負(fù)極方面的最新進(jìn)展。同時(shí)，提出了一些看法和觀點(diǎn)。希望該綜述能夠引起相關(guān)研究人員的注意，促進(jìn)COFs、金屬負(fù)極以及高能量密度金屬電池的發(fā)展。

圖2 COF對(duì)鋰負(fù)極的保護(hù)

Covalent Organic Frameworks and Their Derivatives for Better Metal Anodes in Rechargeable Batteries. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05497

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