金属-有机框架（MOF）是一类由多种金属离子和有机配体组装而成的结晶多孔材料，因具有通道丰富、比表面积高、可修饰性强等特点，在电化学应用中得到了广泛的研究，例如可充电电池。其中，相比于使用有机电解质的二次电池，水系电池具有安全性高、成本低、环境友好等优点。然而，大部分MOF材料在水溶液环境中的化学与电化学稳定性较差，使其在水系电池中的应用具有不小挑战。本专题汇集了近期MOF材料应用于水系电池中的部分代表性研究，包括6篇研究论文与1篇综述论文，来探讨如何更好的设计与应用MOF材料，助力高性能水系电池的研究发展。

1.Angew. Chem. Int. Ed.：调控MOF外露晶面实现高倍率碱性水系锌电池

华南师范大学的赵灵智，南方滚球体育 大学的李洪飞以及香港城市大学的支春义联合报道了一种通过晶面工程设计的具有高容量和优异电化学性能的MOF基电极，利用热修饰调控镍基MOF (PFC-8)的主要暴露晶面，将以（110）面为主导的PFC-8转换成富含（020)和（200）面的PFC-8 350，在每个不对称单元中显示额外的Ni电位使得电池在最佳暴露面表现出了良好的倍率性能，在2.5 A g^-1时容量为139.4 mAh g^-1，即使在30 A g^-1的高电流密度下，容量仍能达到110.0 mAh g^-1。除此之外，电池的最大功率密度可达42.7kW kg^-1，甚至可以与许多超级电容器相媲美。DFT模拟结果表明，与原始PFC-8相比，PFC-8 350表现出更强的OH^-吸附行为和优异的电子结构，具有更高的比容量和更高的倍率性能。相关研究成果以“Regulating Exposed Facets of Metal-Organic Frameworks for High-rate Alkaline Aqueous Zinc Batteries”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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2.香港理工大学/深圳大学Angew：MOF/MXene异质结构用于持续快速的水系锌离子电池

深圳大学宋军教授和香港理工大学黄维扬教授团队报道了一种交替堆叠的MOF/MXene异质结构。引入的MX纳米片不仅提高了导电性，还防止了Cu-HHTP在反复充电和放电过程中的聚集，而Cu-HHTP层可以作为Zn²⁺存储的主要活性层，也可以作为缓解MX纳米片自堆叠。此外，Cu-HHTP/MX表现出增强的电化学反应动力学，包括较高的Zn²⁺扩散系数和良好的赝电容效应。Cu-HHTP/MX异质结构的可逆结构变化确保了长期的循环寿命。该文章以“Constructing 2D Sandwich-like MOF/MXene Heterostructures for Durable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries”发表在国际知名期刊Angewandte Chemie上。

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3.南开大学牛志强P Natl Acad Sci Usa：耦合双金属活性位点和低溶剂化体系实现高性能的水溶液铵离子电池

南开大学化学学院特聘研究员牛志强团队制备了Fe取代Mn-基PBAs（FeMnHCF），该PBAs在骨架中具有Mn和Fe的双重金属活性位点，可作为水性AIBs的正极活性材料。同时，研究人员进一步开发了高浓度三氟甲基磺酸铵（NH₄CF₃SO₃）电解液，以匹配这种高电位的FeMnHCF阴极。在浓电解质中，CF₃SO^3-阴离子参与NH⁴⁺的溶剂化结构，这有利于NH⁴⁺离子在FeMnHCF中的插层动力学。此外，由于水分子与NH⁴⁺/CF₃SO³⁻离子之间的氢键网络在高浓度电解质中被重构，水分子的活性被有效抑制。因此，高浓度NH₄CF₃SO₃电解液的电压窗口显著扩大，这保证了FeMnHCF中发生高电位可逆氧化还原反应。此外，由于这种浓缩电解质中游离水分子较少，也有效地抑制活性物质的溶解。结果表明，组装后的水性AIBs表现出更高的能量密度、优异的速率能力和稳定的循环行为。这项工作为构建高性能水性AIBs提供了一条创造性的途径。

相关研究成果以“Coupling dual metal active sites and low-solvation architecture toward high-performance aqueous ammonium-ion batteries”为题发表在国际著名期刊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.：原位生长的MOF基人工SEI助力高可逆Zn负极

尽管水系锌离子电池因安全性高、成本低等优势受到了广泛关注，但锌金属负极低的可逆性严重限制了电池的循环寿命。对此，本工作在Zn负极表面原位制备了基于阴离子金属-有机骨架(MOF)的人工固体电解质界面相(ASEI)。该ASEI保护负极免受枝晶、HER副反应的影响，能在电池循环过程中极大地提高了其库仑效率。并且，该MOF具有高的Zn²⁺本征电导率和丰富的亲Zn位点，有利于增强Zn的氧化还原活性。MOF通道中连续的磺酸基引导了Zn²⁺的快速定向运输，从而使电池在2 mA cm⁻²电流密度下具有5700 h的锌无枝晶沉积/剥离循环寿命。这项工作由北京大学潘锋教授和暨南大学李宏岩教授和王子奇教授完成，以题目为：“In Situ Growth of a Metal−Organic Framework-Based Solid Electrolyte Interphase for Highly Reversible Zn Anodes”，发表在ACS Eenrgy Lett.上。

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5.南开大学卜显和最新EnergyChem综述：用于先进水系离子电池和超级电容器的金属有机骨架

南开大学卜显和教授课题组综述了MOFs在水相条件下的化学稳定性和热稳定性。总结了MOFs超过其稳定性时的演化过程。此外，本文还对最近快速增长的基于MOF的水系离子电池和超级电容器的文献进行了全面的综述，为设计高性能的水系电化学器件提供了指导。为MOFs应用于水系电化学储能器件提供了当前的挑战和机遇。希望通过本文的综述，发挥MOFs的优势，弥补其不足，促进MOFs在水系电化学器件中的发展。相关论文以题为：“Metal-organic frameworks for advanced aqueous ion batteries and supercapacitors”发表在EnergyChem上。

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6.天津大学ACS Nano:双活性位点导电MOF用于水系锌电

天津大学梁骥教授、侯峰副教授（通讯作者）等人通过将超小的1, 2, 4, 5-四氨基苯（BTA）配体与铜离子配位，提出了一种高结晶的一维π - d共轭导电金属-有机框架（Cu-BTA-H），作为锌离子电池正极。Cu-BTA-H具有较高的活性位点比例和双重氧化还原机制，包括铜离子上的单电子氧化还原反应（Cu²⁺/Cu⁺）和有机配体上的双电子氧化还原反应（C=N/C−N），有效地增强了其可逆反应能力，实现了水系锌离子电池的高倍率与长循环性能。相关研究成果以“Metal-Organic Framework with Dual Redox Active Sites for High-Capacity and Durable Cathodes for Aqueous Zinc Batteries”为题发表在ACS Nano期刊上。

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7.港城大张文军AM：具有自我修复功能的普鲁士蓝类似物电极助力长寿命钾离子电池

香港城市大学张文军教授和澳门大学洪果教授团队在国际著名期刊先进材料（Advanced Materials）上发表关于普鲁士蓝类似物的最新研究“Self-Healing of Prussian Blue Analogues with Electrochemically Driven Morphological Rejuvenation”，该工作提出了“电化学驱动的溶解-重结晶”的新机制，将微量的钴（Co）选择性地掺杂到六氰铁（FeHCF）中，实现了具有自修复功能的PBA电极，该电极与钾金属阳极构成的钾离子电池可实现长达4000次的循环稳定性。

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