金属-有机框架中类液态和类固态离子传输的共存现象

《Journal of the American Chemical Society》：Coexistence of Liquid- and Solid-like Ion Transport in Metal–Organic Frameworks

金属有机框架（MOFs）作为新型固态电解质，其阳离子（Li?、Na?、K?等）在固体框架与孔隙液态环境中的复合传输机制研究取得进展。实验发现导电性随离子价态和半径变化显著（Zn2?4.3×10?? S/cm至K?1.7×10?3 S/cm），活化能及传输行为受溶剂化半径、框架相互作用、载流子浓度和空位效应共同影响，揭示了MOFs中固态与液态传导的协同作用机制。

　　

金属有机框架（MOFs）作为一种独特的（伪）固态电解质，能够传输诸如Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Zn²⁺和Sr²⁺等具有技术应用价值的阳离子。作为固态物质，它们应遵循传统固态电解质的组成和结构工程方法进行设计。然而，这些材料在孔隙内部也含有液态成分。因此，阳离子可以同时利用固态和类液态的传输机制。研究表明，在可交换阳离子的阴离子型MOF [Cu₃(μ₃-OH)(pyrazole-4-carboxylate)₃]^? 中，Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Zn²⁺ 和 Sr²⁺ 离子均具有迁移性，其导电率范围从Zn²⁺的4.3 × 10^–6S/cm到K⁺的1.7 × 10^–3S/cm。实验进一步探讨了溶剂化离子半径、与框架的相互作用、载流子浓度以及孔隙中的空位对离子导电率和活化能的影响，证实MOFs中的离子传输过程实际上是框架与离子的直接作用以及孔隙内类液态传输的结合结果。