金屬-有機框架（MOF）是一類由多種金屬離子和有機配體組裝而成的結晶多孔材料，因具有通道豐富、比表面積高、可修飾性強等特點，在電化學應用中得到了廣泛的研究，例如可充電電池。其中，相比于使用有機電解質的二次電池，水系電池具有安全性高、成本低、環境友好等優點。然而，大部分MOF材料在水溶液環境中的化學與電化學穩定性較差，使其在水系電池中的應用具有不小挑戰。本專題匯集了近期MOF材料應用于水系電池中的部分代表性研究，包括6篇研究論文與1篇綜述論文，來探討如何更好的設計與應用MOF材料，助力高性能水系電池的研究發展。

1.?Angew. Chem. Int. Ed.：調控MOF外露晶面實現高倍率堿性水系鋅電池

華南師范大學的趙靈智，南方科技大學的李洪飛以及香港城市大學的支春義聯合報道了一種通過晶面工程設計的具有高容量和優異電化學性能的MOF基電極，利用熱修飾調控鎳基MOF (PFC-8)的主要暴露晶面，將以（110）面為主導的PFC-8轉換成富含（020)和（200）面的PFC-8 350，在每個不對稱單元中顯示額外的Ni電位使得電池在最佳暴露面表現出了良好的倍率性能，在2.5 A g^-1時容量為139.4 mAh g^-1，即使在30 A g^-1的高電流密度下，容量仍能達到110.0 mAh g^-1。除此之外，電池的最大功率密度可達42.7kW kg^-1，甚至可以與許多超級電容器相媲美。DFT模擬結果表明，與原始PFC-8相比，PFC-8 350表現出更強的OH^-吸附行為和優異的電子結構，具有更高的比容量和更高的倍率性能。相關研究成果以“Regulating Exposed Facets of Metal-Organic Frameworks for?High-rate?Alkaline Aqueous Zinc Batteries”為題發表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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2.?香港理工大學/深圳大學Angew：MOF/MXene異質結構用于持續快速的水系鋅離子電池

深圳大學宋軍教授和香港理工大學黃維揚教授團隊報道了一種交替堆疊的MOF/MXene異質結構。引入的MX納米片不僅提高了導電性，還防止了Cu-HHTP在反復充電和放電過程中的聚集，而Cu-HHTP層可以作為Zn²⁺存儲的主要活性層，也可以作為緩解MX納米片自堆疊。此外，Cu-HHTP/MX表現出增強的電化學反應動力學，包括較高的Zn²⁺擴散系數和良好的贗電容效應。Cu-HHTP/MX異質結構的可逆結構變化確保了長期的循環壽命。該文章以“Constructing 2D Sandwich-like MOF/MXene Heterostructures for Durable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries”發表在國際知名期刊Angewandte Chemie上。

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3.?南開大學牛志強P Natl Acad Sci Usa：耦合雙金屬活性位點和低溶劑化體系實現高性能的水溶液銨離子電池

南開大學化學學院特聘研究員牛志強團隊制備了Fe取代Mn-基PBAs（FeMnHCF），該PBAs在骨架中具有Mn和Fe的雙重金屬活性位點，可作為水性AIBs的正極活性材料。同時，研究人員進一步開發了高濃度三氟甲基磺酸銨（NH₄CF₃SO₃）電解液，以匹配這種高電位的FeMnHCF陰極。在濃電解質中，CF₃SO^3-陰離子參與NH⁴⁺的溶劑化結構，這有利于NH⁴⁺離子在FeMnHCF中的插層動力學。此外，由于水分子與NH⁴⁺/CF₃SO^3?離子之間的氫鍵網絡在高濃度電解質中被重構，水分子的活性被有效抑制。因此，高濃度NH₄CF₃SO₃電解液的電壓窗口顯著擴大，這保證了FeMnHCF中發生高電位可逆氧化還原反應。此外，由于這種濃縮電解質中游離水分子較少，也有效地抑制活性物質的溶解。結果表明，組裝后的水性AIBs表現出更高的能量密度、優異的速率能力和穩定的循環行為。這項工作為構建高性能水性AIBs提供了一條創造性的途徑。

相關研究成果以“Coupling dual metal active sites and low-solvation architecture toward high-performance aqueous ammonium-ion batteries”為題發表在國際著名期刊PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA上。

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4.?北大、暨大ACS Energy Lett.：原位生長的MOF基人工SEI助力高可逆Zn負極

盡管水系鋅離子電池因安全性高、成本低等優勢受到了廣泛關注，但鋅金屬負極低的可逆性嚴重限制了電池的循環壽命。對此，本工作在Zn負極表面原位制備了基于陰離子金屬-有機骨架(MOF)的人工固體電解質界面相(ASEI)。該ASEI保護負極免受枝晶、HER副反應的影響，能在電池循環過程中極大地提高了其庫侖效率。并且，該MOF具有高的Zn²⁺本征電導率和豐富的親Zn位點，有利于增強Zn的氧化還原活性。MOF通道中連續的磺酸基引導了Zn²⁺的快速定向運輸，從而使電池在2 mA cm^?2電流密度下具有5700 h的鋅無枝晶沉積/剝離循環壽命。這項工作由北京大學潘鋒教授和暨南大學李宏巖教授和王子奇教授完成，以題目為：“In Situ Growth of a Metal?Organic Framework-Based Solid Electrolyte Interphase for Highly Reversible Zn Anodes”，發表在ACS Eenrgy Lett.上。

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5.?南開大學卜顯和最新EnergyChem綜述：用于先進水系離子電池和超級電容器的金屬有機骨架

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南開大學卜顯和教授課題組綜述了MOFs在水相條件下的化學穩定性和熱穩定性。總結了MOFs超過其穩定性時的演化過程。此外，本文還對最近快速增長的基于MOF的水系離子電池和超級電容器的文獻進行了全面的綜述，為設計高性能的水系電化學器件提供了指導。為MOFs應用于水系電化學儲能器件提供了當前的挑戰和機遇。希望通過本文的綜述，發揮MOFs的優勢，彌補其不足，促進MOFs在水系電化學器件中的發展。相關論文以題為：“Metal-organic frameworks for advanced aqueous ion batteries and supercapacitors”發表在EnergyChem上。

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6.?天津大學ACS Nano:雙活性位點導電MOF用于水系鋅電

天津大學梁驥教授、侯峰副教授（通訊作者）等人通過將超小的1, 2, 4, 5-四氨基苯（BTA）配體與銅離子配位，提出了一種高結晶的一維π - d共軛導電金屬-有機框架（Cu-BTA-H），作為鋅離子電池正極。Cu-BTA-H具有較高的活性位點比例和雙重氧化還原機制，包括銅離子上的單電子氧化還原反應（Cu²⁺/Cu⁺）和有機配體上的雙電子氧化還原反應（C=N/C?N），有效地增強了其可逆反應能力，實現了水系鋅離子電池的高倍率與長循環性能。相關研究成果以“Metal-Organic Framework with Dual Redox Active Sites for High-Capacity and Durable Cathodes for Aqueous Zinc Batteries”為題發表在ACS Nano期刊上。

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7.?港城大張文軍AM：具有自我修復功能的普魯士藍類似物電極助力長壽命鉀離子電池

香港城市大學張文軍教授和澳門大學洪果教授團隊在國際著名期刊先進材料（Advanced Materials）上發表關于普魯士藍類似物的最新研究“Self-Healing of Prussian Blue Analogues with Electrochemically Driven Morphological Rejuvenation”，該工作提出了“電化學驅動的溶解-重結晶”的新機制，將微量的鈷（Co）選擇性地摻雜到六氰鐵（FeHCF）中，實現了具有自修復功能的PBA電極，該電極與鉀金屬陽極構成的鉀離子電池可實現長達4000次的循環穩定性。

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