微纳米化产生小尺寸效应、晶面取向生长形成各向异性的配合物纳米晶体、表面缺陷或不饱和配位、双配体策略和软硬酸碱原则，基于此思想，设计了更具稳定性的MOF材料（Adv. Mater., 2022, 34, 2107836; Natl. Sci. Rev., 2021, doi: 10.1093/nsr/nwab197）。微纳米化配合物框架材料与金属氧化物复合之后，使得复合物具有丰富的多孔性、良好的稳定性与导电性，基于此思想，设计开发了金属氧化物@MOF复合材料(Co3O4@Co-MOF)并深入开展了电化学电容器储能研究（Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 305-314.）。MXene材料具有独特的二维层状结构、高导电性和亲水表面，与其杂化将获得更具优势的复合材料，基于此思想，深入开展电化学超级电容器的研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116282; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 25318.）。以配合物框架纳米晶体为模板煅烧制备的材料，往往是一些多孔金属氧化物、多孔碳材料、甚至还出现杂原子（氮、磷、硫）掺杂材料，具有优异电化学特性。基于此思想，开发了一系列具有良好氧析出反应活性的纳米材料（Nano Lett., 2021, 21, 3016−3025; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1800886.）此外，基于二维材料由于具有柔韧性、薄度和透明性等优点，也深入开展了电化学储能研究（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605784.）。

近日，庞欢教授团队报道了一系列基于Ni-MOF-74的双/多金属MOF-74家族的合成策略，并探究其在水系镍-锌电池中的应用。该研究成果发表在Advanced Materials, 2022, doi: 10.1002/adma.202201779.

受限于单一金属活性位点和低电导率，设计具有高容量和高能量密度的镍基金属有机框架（MOF）材料仍然是一个挑战。MOF-74材料由11 Å的一维六边形通道组成，有利于提高电解质的渗透性，降低空间位阻，实现快速电子转移。此外，MOF-74材料在骨架中具有高密度的潜在开放金属位点，其独特的优势是可以在不破坏MOF晶体基本骨架结构的情况下替代金属节点，这使得设计稳定的双金属/多金属MOF拓扑结构具有前景。金属离子掺杂可以调节电子结构，增强协同作用，从而提高电化学性能。双/多金属MOF-74材料具有丰富的潜在路易斯酸性活性位点，提供了改善电化学性能的可能性，特别是在用作水系镍-锌电池的正极材料时。

在此，作者通过在Ni-MOF-74中掺杂Mx+离子，制备了一系列在碳布(CC)上原位生长的双/多金属 MOF-74家族，NiM-MOF@CC (M = Mn2+, Co2+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Fe3+) 和 NiCoM-MOF@CC (M = Mn2+, Zn2+, Al3+, Fe3+)。可以在保留原始拓扑结构的同时调整掺杂金属离子的类型和比例。X射线吸收精细结构（XAFS）证实了不同的金属离子。此外，这些镍基MOF电极直接用作水系镍锌电池的正极。在所有制备的电极中，优化的Co/Ni比为1:1的NiCo-MOF@CC-3 (NCM@CC-3) 表现出最佳的电导率，这与DFT理论计算一致。NCM@CC-3//Zn@CC电池实现了1.77 mAh cm-2的高比容量、2.97 mWh cm-2的高面积能量密度和6000次循环后83%的容量保持率的高循环稳定性。基于金属离子配位效应和无粘合剂电极概念的合成策略，为储能领域高性能材料的合成提供了新的方向。

文章信息：Tingting Chen, Fanfan Wang, Shuai Cao, Yang Bai, Shasha Zheng, Wenting Li, Songtao Zhang, Shu-Xian Hu, and Huan Pang*. In-situ Synthesis of MOF-74 Family for High Areal Energy Density of Aqueous Nickel-Zinc Batteries. Adv. Mater., 2022, doi: 10.1002/adma.202201779. IF= 30.849.

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202201779

参考资料：http://hxhg.yzu.edu.cn/info/1063/3351.htm