暨南大学宾德善/李丹团队：多壳层空心COFs材料合成及储钾应用取得重要突破

暨南大学宾德善/李丹团队：多壳层空心COFs材料合成及储钾应用取得重要突破

引用

网易

1.

https://www.163.com/dy/article/JRIKFP610511CTRH.html

共价有机框架（COF）材料因其独特的结构和优异的性能，在储能、催化、分离等领域展现出广阔的应用前景。近日，暨南大学宾德善/李丹团队在该领域取得重要突破，开发了一种简便的无模板法合成多壳层空心COF纳米球（MH-COFs）的方法，并将其成功应用于钾离子电池负极材料。

研究背景

空心结构COF纳米球具有更大的比表面积、更短的传质路径和更稳定的颗粒结构，受到广泛关注。然而，制备结构复杂的多壳层COFs材料一直面临挑战。暨南大学团队通过创新方法，成功解决了这一难题。

合成方法与机理

研究团队设计了一种内外结晶度不均匀的共价有机聚合物纳米球（COPs），这种COPs表面结晶而内核呈无定形结构。利用醋酸水溶液处理时，能选择性去除内核部分形成空腔，同时催化外壳表面进一步结晶，形成具有空腔和结晶壳层的中空COFs。

通过将单层中空纳米球（1H-COFs）作为生长种子进行COPs包覆，进一步生长和酸处理，即可制备出复杂壳层结构的二层空心COFs（2H-COFs）。理论上，通过多次生长和选择性刻蚀，可以不断增加外壳层的数量。

性能与应用

研究人员将硫组分通过化学键合的方式引入到2H-COFs中，获得2H-COFs/S复合负极材料。测试结果显示，该材料表现出优异的储钾性能：在0.03 A g-1电流密度下可逆容量达461 mAh g-1，循环2400次后容量保持率接近100%，库仑效率高于99.5%。

总结与展望

这项研究不仅提供了一种简单高效的多壳层空心COFs合成方法，还开发出高性能钾离子电池负极材料，为COFs材料在能源存储等领域的应用开辟了新途径。相关成果发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》期刊上。