综述：玻璃态金属有机框架基固态电解质——进展、挑战与新机遇

本综述系统梳理了玻璃态金属有机框架（MOF）作为固态电解质的研究进展。文章重点阐述了其促进离子迁移/传导性、抑制锂枝晶形成的内在机理，系统介绍了不同类型的玻璃态MOF电解质，并深入讨论了结构特性、孔径、离子液体添加、聚合物复合及电子效应等多重因素对其性能的影响。最后，展望了该领域未来的发展方向，为MOF玻璃基锂金属电池的商业化应用提供了创新思路。

　　

摘要

玻璃态金属有机框架（MOF）是由无机金属离子与有机配体构建而成的无定形多孔材料。凭借其独特的优势，如丰富的不饱和金属位点、无晶界和各向同性等特性，玻璃态MOF正逐渐成为能量储存领域，特别是作为固态电解质的一种极具前景的材料平台。本文简要总结了玻璃态MOF基电解质促进离子迁移/传导性和抑制锂枝晶形成的机制。系统介绍了不同类型的玻璃态MOF基电解质。此外，讨论了多种因素对玻璃态MOF基电解质性能的影响，包括结构特征、孔径、离子液体的添加、与聚合物复合以及电子效应。最后，针对玻璃态MOF基电解质的未来发展提出了新的见解和展望，以启发MOF玻璃基锂金属电池商业化应用的创新方法。

玻璃态MOF基电解质的优势与机理

玻璃态MOF作为固态电解质，其核心优势源于其独特的结构。与结晶态MOF相比，其无定形结构意味着不存在晶界，这为离子的快速、各向同性传输提供了连续且无障碍的通道，有助于实现高的离子电导率。丰富的孔隙结构和大量的不饱和金属位点，为锂离子（Li⁺）的配位和跳跃式迁移提供了有利环境。更重要的是，玻璃态MOF的刚性骨架可以物理上阻挡锂枝晶的生长，而其化学稳定性有助于形成稳定的电极/电解质界面，从而显著提升锂电池的安全性能和循环寿命。这些内在特性使得玻璃态MOF在解决传统液态电解质和部分固态电解质面临的漏液、易燃和枝晶穿刺等关键问题上展现出巨大潜力。

玻璃态MOF基电解质的类型

根据组成和结构的不同，玻璃态MOF基电解质主要可分为几种类型。首先是纯玻璃态MOF电解质，其离子传导主要依赖于框架自身的特性。其次是复合型电解质，其中非常重要的一类是将玻璃态MOF与离子液体（ILs）结合。离子液体能够填充MOF的孔道，提供大量的自由载流子，同时利用MOF的限域效应调控离子液体的行为，协同提高离子电导率和电化学稳定性。另一大类是与聚合物复合，形成玻璃态MOF/聚合物复合电解质。聚合物基质（如聚环氧乙烷，PEO）提供柔性和界面接触，而玻璃态MOF则作为增强填料和高效的离子传导通道，二者优势互补，有望制备出兼具高离子电导率、良好机械强度和优异界面相容性的固态电解质薄膜。

影响性能的关键因素

玻璃态MOF基电解质的性能受到多种因素的深刻影响。结构特性是基础，包括配体的化学性质、金属节点的选择以及最终形成的孔隙环境的极性，这些都直接决定了与Li⁺的相互作用强度。孔径大小至关重要，它需要在一个最优的范围内：既要足够大以允许Li⁺的快速迁移，又要足够小以利用空间限域效应来抑制阴离子的移动和锂枝晶的生长。离子液体的添加是提高电导率的有效策略，但其种类、含量以及与MOF孔道的相容性需要精细调控。与聚合物复合则主要影响电解质的机械性能和界面阻抗，聚合物的选择、复合比例以及两相间的界面相互作用是关键。此外，电子效应（如通过修饰配体引入特定官能团来调控金属中心的电子云密度）也被发现能够影响Li⁺的传输能垒，是未来进行分子级精准设计的一个重要方向。

挑战与展望

尽管玻璃态MOF基电解质取得了显著进展，但仍面临一些挑战。例如，如何进一步简化合成工艺、降低生产成本以实现规模化制备；如何精确调控其微观结构以最大化离子电导率；如何深入理解离子在无定形框架中的传输机制；以及如何优化其与电极（尤其是锂金属负极）的界面稳定性。未来的研究将更加注重材料的多功能化设计，例如开发兼具高离子电导、自愈合特性和高电压窗口的电解质体系。同时，借助先进的表征技术和理论模拟，从原子/分子层面揭示构效关系，将推动玻璃态MOF基电解质朝着高性能、高安全性和实用化的方向不断发展，最终加速全固态锂金属电池的商业化进程。