综述：金属有机框架复合材料在超级电容性能中的设计与机制方法综述

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOFs）及其复合材料在超级电容器（SCs）中的设计策略与储能机制。文章重点探讨了MOFs的结构可调性、高比表面积特性，以及通过衍生化（如纳米多孔碳、过渡金属氧化物/硫化物）和复合（碳纳米管、石墨烯等）提升导电性与电容性能的路径，同时分析了当前面临的挑战（如本征导电性低）及工业化应用前景。

　　

金属有机框架复合材料在超级电容性能中的设计与机制方法

引言
化石能源的快速消耗与可再生能源的波动性催生了高效储能技术的需求。超级电容器（SCs）因功率密度高、循环寿命长等特点成为研究热点，但其性能高度依赖电极材料设计。金属有机框架（MOFs）凭借可调的孔隙结构、化学组成及晶体拓扑特性，为SCs电极材料开发提供了新思路。

超级电容性能的机制
MOFs的储能机制包含双电层电容（EDLC）和赝电容：

• EDLC：依赖MOFs高比表面积（如ZrO₂/C衍生材料）的静电电荷吸附。
• 赝电容：通过金属节点（如Co基MOFs）的氧化还原反应实现法拉第电荷存储。
  两者协同作用可突破传统碳材料的容量限制。

设计策略

1. 金属节点选择：过渡金属（Co、Ni等）提升氧化还原活性，而Zr、Ti等增强稳定性。
2. 有机配体修饰：引入共轭结构（如苯二甲酸）改善电子传导。
3. 后合成改性：热解衍生纳米多孔碳或金属硫化物（如MoS₂）以优化导电网络。

MOFs类型与应用

• ZIF系列：高氮含量衍生氮掺杂碳，增强表面润湿性。
• UiO-66：热解生成ZrO₂/C复合物，无需导电添加剂。
• 复合化设计：与石墨烯或碳纳米管（CNTs）复合可解决MOFs本征导电性差的问题。

挑战与展望
尽管MOF复合材料在SCs中表现优异，但其实际应用仍受限于：

1. 导电性瓶颈：绝缘配体阻碍电荷传输，需通过杂原子掺杂或导电基质复合解决。
2. 规模化生产：溶剂热法成本高，需开发绿色合成工艺。
   未来研究方向包括精准调控MOFs的孔径分布及开发柔性电极器件。

结论
MOFs及其衍生材料通过结构设计与复合策略，成功融合了高比表面积与快速电荷传输特性，为下一代SCs提供了重要候选材料。然而，实现其工业化应用仍需攻克材料稳定性与成本效益平衡等关键问题。