化工學院黃文歡團隊在《Advanced Functional Materials》上發(fā)表可調孔道MOF固態(tài)電解質研究工作

鈉金屬電池（SMBs）因其鈉資源豐富、成本低廉等優(yōu)勢，被視為鋰離子電池的理想替代品。然而，固態(tài)電解質在實際應用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如離子電導率低、界面接觸不良以及鈉枝晶生長等問題，限制了其進一步發(fā)展。相比之下，凝膠聚合物電解質（GPE）因其優(yōu)異的柔韌性和可擴展性，展現(xiàn)出更大的應用潛力。盡管如此，傳統(tǒng)凝膠聚合物電解質仍存在離子遷移率不足的缺陷，難以滿足高性能鈉金屬電池的需求。近年來，金屬有機框架（MOFs）因其可調的孔道結構和高孔隙率特性，為Na⁺的快速遷移提供了理想通道，從而顯著提升了離子遷移效率。因此，合理選擇MOF填料并制備適用于鈉金屬電池的MOF基凝膠電解質仍是目前研究重點。

針對上述問題，近日，陜西科技大學化學與化工學院黃文歡教授團隊設計出兩種鋅基MOF材料（AHF-PDC與AHF-BPDC），通過調控配體長度形成孔徑分別為6 ?和9 ?的一維通道。其中，BPDC@PH電解質憑借更大的孔道（9 ?）及孔壁靜電吸附特性，顯著優(yōu)化了鈉離子（Na?）的擴散路徑。同時，該材料能夠選擇性吸附陰離子（TFSI?），從而將離子遷移數(shù)提升至0.87，并在35°C下實現(xiàn)了7.74 × 10?? S cm?1的高電導率。這一研究為開發(fā)高性能鈉金屬電池電解質提供了重要的理論依據(jù)和實驗支持。相關工作在《Advanced Functional Materials》期刊上以“Enhanced Ionic Diffusion via Refined Pillared 1D Channels for Sodium Metal Batteries”為題發(fā)表。

本文亮點：

1. 精準設計MOF孔道，實現(xiàn)離子高效傳輸。通過調控配體長度形成孔徑分別為6 ?和9 ?的一維通道。其中，BPDC@PH電解質憑借更大的孔道（9 ?）及孔壁靜電吸附特性，顯著優(yōu)化了鈉離子（Na?）擴散路徑，并選擇性吸附陰離子（TFSI?），使離子遷移數(shù)提升至0.87，電導率達7.74 × 10?? S cm?1（35°C）。

2. 超長循環(huán)穩(wěn)定性與界面優(yōu)化。在1.0 mA cm?2電流密度下，鈉金屬對稱電池連續(xù)運行超1000小時無短路，全電池（NVP|BPDC@PH|Na）循環(huán)1000次后容量保持率高達98%。分子動力學模擬顯示，擴大的MOF孔道加速了NaTFSI的傳輸，促進負極表面形成富含NaF的薄層固態(tài)電解質界面（SEI），有效抑制枝晶生長。組裝的固態(tài)軟包電池在彎折、切割等極端條件下仍可穩(wěn)定供電，并點亮LED燈組，展現(xiàn)出優(yōu)異的機械安全性和商業(yè)化潛力。

PDC@PH 和 BPDC@PH 凝膠聚合物電解質的制備

精準調控柱狀 1D 通道，增強離子遷移動力學

誘導富含NaF的固態(tài)電解質界面（SEI）沉積并穩(wěn)定鈉界面

NVP | MOF@PH | Na 全電池的電化學性能

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420572

新聞小貼士：

黃文歡，在無機合成化學領域，聚焦雜化氮唑框架的設計合成及構效關系開展深入研究。擔任《EcoMat》顧問委員會成員、《Rare Metals》、《稀有金屬》中英兩刊青年編委；《Wearable Electronic》青年編委；《Tungsten》青年編委；《Rare Metal Materials and Engineering》青年編委；《Chinese Journal of Structural Chemistry 》青年編委。先后入選陜西省高校科協(xié)青年人才托舉計劃（2021）、陜西省科技新星（2022）、陜西省特支計劃-青年拔尖人才（2023）。近年來，發(fā)表論文80余篇，包括Nature Communication （1篇）、Angew Chem. Int. Ed. （2篇）、Advanced Materials（2篇）、Advanced Functional Materials（4篇）、Advanced Science（1篇）、Science China Chemistry（1篇）等，ESI高被引論文14篇，總引用4680次(單篇最高503次，7篇論文超100次引用)，論文前封面4篇，連續(xù)入選 “2023、2024年度全球前2% 頂尖科學家榜單”。

(核稿：黃文歡 編輯：劉倩）