π-π共轭MOF/纳米碳复合材料的协同离子传输与氧化还原通路助力高效锌离子存储

本文推荐了一种羧基功能化π-π共轭金属有机框架（MOF）与纳米碳黑复合阴极材料（Zn-ddmb@C），通过构建协同离子传输通道（Zn2+）和氧化还原活性网络，显著提升水系锌离子电池（AZIBs）的倍率性能（172.1 mAh g-1@0.5 A g-1）和循环稳定性（1000次零衰减），为MOF基电极设计提供了新范式。

　　

Highlight

Zn-ddmb@C的制备与表征

单晶X射线衍射显示Zn-ddmb属于单斜晶系（空间群P2₁/n），其不对称单元呈现四面体配位构型：每个Zn(II)离子与羧酸基团的两个氧原子（O4/O6）和苯并咪唑单元的两个氮原子（N2/N4）配位，关键键长Zn-O为1.926-1.957 ?，Zn-N为1.997-2.012 ?（图1a-b）。这种刚性π-π共轭骨架与纳米碳黑形成的三维导电网络，通过同步辐射和DFT计算证实了其高效Zn²⁺传输特性。

结论

本研究通过溶剂热法构建的Zn-ddmb@C复合阴极，创新性地整合了去质子化羧基（Zn²⁺高速传输通道）与π-π共轭苯并咪唑单元（氧化还原活性位点），使材料在0.05 A g^-1下实现468.96 mAh g^-1的超高容量，并在0.5 A g^-1下保持100%容量 retention 达1000次循环。该工作为开发兼具快速离子传导和电子转移的MOF基电极提供了普适性策略。

制备工艺

Zn-ddmb的合成过程

将ZnCl₂与H₄ddmb溶于DMA/乙腈混合溶剂（12:4 mL），经3小时搅拌后加入300 μL 1M硝酸调节pH，最终在85°C溶剂热反应72小时获得紫色块状晶体（产率68%）。值得注意的是，羧基的去质子化程度通过酸碱滴定精确控制，这对构建离子通道至关重要。