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化学进展 DOI: 10.7536/PC230823   

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金属-有机框架材料在储能领域的应用研究

申翰林1, 戴民1,*, 李卓1,*, 田宇楠1, 李天微1, 胡宪伟2,*   

  1. 1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院 沈阳 110168;
    2.东北大学 冶金学院 沈阳 110819
  • 收稿日期:2023-09-04 修回日期:2023-12-19
  • 作者简介:戴民 沈阳建筑大学材料科学与工程学院副教授,硕士生导师,中国硅酸盐学会固废分会粉煤灰与煤矸石专业委员会委员、中国建筑学会建材分会化学激发材料专委会委员; 长期从事无机非金属材料的教学与科研工作,主要研究方向为新型建筑材料、固废资源化、功能复合材料及器件; 主持或参与国家级、省部级项目30余项,国内外重要期刊发表论40余篇;
    李卓 沈阳建筑大学讲师、硕士生导师,2022年获东北大学有色金属冶金博士学位,工作后获辽宁省教育厅基本科研项目、教育部中央高校基本科研业务等项目; 主要从事MOFs及其衍生材料在能源领域的应用研究; 近五年来在Small、J. Colloid Interface Sci.、Appl. Surf. Sci.等期刊发表论文10余篇;
    胡宪伟 东北大学教授、博士生导师,2009年获东北大学材料加工专业博士学位,2017-2018年美国犹他大学访问学者; 独立工作后获得国家自然科学基金、国家自然科学基金青年基金、国家重点研发计划课题、辽宁省自然基金、教育部中央高校基本科研业务等项目; 主要从事熔盐电化学、纳米材料的设计与制备研究; 在Adv. Sci.、J. Energy Chem.、Small、Rare Met.等期刊发表论文170余篇
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51974081）、教育部中央高校基本科研业务（No. N2225045）、辽宁省应用基础研究计划项目（No. 23JH2/101600057）、辽宁省教育厅项目（No. zd202006,JYTQN2023385）资助
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Research on the Application of Metal-organic Framework Materials in the Field of Energy Storage

Hanlin Shen1, Min Dai1,*, Zhuo Li1,*, Yunan Tian1, Tianwei Li1, Xianwei Hu2,*   

  1. 1. College of Materials Science and Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China;
    2. College of Metallurgy Northeastern University, Shenyang 110819, China
  • Received:2023-09-04 Revised:2023-12-19
  • Contact: *e-mail:372926266@qq.com; lizhuo9207@163.com; huxw@smm.neu.edu.cn
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China (No. 51974081)、the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. N2225045)、Liaoning Provincial Applied Basic Research Program Project (No. 23JH2/101600057)、Liaoning Provincial Department of Education Project (No. zd202006,JYTQN2023385).
由于大比表面积、多孔隙性、结构可调、易于改性、复合容易等特性使得金属-有机框架材料及其衍生物被研究者广泛应用于电极材料、隔膜、电催化剂等储能领域材料,但是MOFs材料在实际投入应用中仍存在许多问题。本文综述了MOFs及其衍生材料在碱金属离子电池、金属-硫属电池、水系锌离子电池、超级电容器等储能器件中应用的最新进展,对于二次电池中常出现的枝晶生长、穿梭效应等问题提出设计解决思路。此外也总结了MOFs衍生碳材料异质结构、金属化合物结构改性的设计思路。最后对MOFs材料前驱体本征调控、衍生材料改性策略进行总结与展望。
关键词： 金属有机框架材料, 二次电池, MOFs衍生材料, 改性策略
Due to the characteristics of large specific surface area, porosity, adjustable structure and easy modification, metal-organic framework materials and their derivatives are widely used in electrode materials, separators, electrocatalysts and other energy storage materials. However, there are still many problems in the practical application of MOFs. This paper reviews the latest developments in the application of MOFs and their derived materials in energy storage devices such as alkali metal ion batteries, metal chalcogenide batteries, aqueous zinc ion batteries, and supercapacitors, and proposes design solutions for problems such as dendrite growth and shuttle effects that often occur in secondary batteries. In addition, the design ideas of MOFs-derived carbon material heterostructure and metal compound structure modification are also summarized. Finally, the intrinsic regulation of MOFs precursors and the modification strategies of derived materials are summarized and prospected.
Key words: metal-organic framework materials, secondary battery, mofs derived materials, modification strategy

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