隨著人類社會的發展和科技的進步,能源需求快速增長,能源結構和應用領域不斷更新。能源需求的快速進展需要開發高效的能源存儲系統。電化學儲能系統作為重要的能源載體在消費電子、電動汽車及大規模儲能等多個領域都有重要應用。超級電容器（SCs）代表了一類重要的能源存儲系統，因為它們具有許多吸引人的優點，比如極快的充放電能力和優秀的長周期壽命。但是，相較于離子電池，超級電容器的能量密度較低，限制了其在消費電子等領域更廣泛的應用。設計制備高性能電極材料，是提高超級電容器能量密度的關鍵。 由于其顯著的導電性、高表面積、可調孔徑和可定制功能，二維共軛金屬有機框架（2D c-MOFs）成為一種有前景的電容器電極材料，為高能量密度超級電容器的開發提供了材料平臺。 近日，中國科學院化學研究所朱道本院士團隊的崔玉濤研究員及合作者，以具有扭曲構象的最小石墨烯納米片（六苯并蔻，HBC）為有機骨架，設計制備了一類共軛導電金屬-有機框架材料，并通過取代基調控策略實現了框架材料的導電性等相關性能調控和電化學儲能性能優化，獲得了高性能超級電容器電極材料。
作者以八羥基取代的六苯并蔻（HBCOH）為有機配體，通過溶劑熱反應制備了具有優異結晶性和導電性的c-MOFs材料Cu-HBCOHs。由于羥基與鄰近苯環上氫原子的位阻效應，HBCOH配體具有輕微扭曲構象，進而導致Cu-HBCOHs表現出獨特的扭曲二維結構。并且，通過不同鹵素的取代調控，作者實現了對Cu-XHBCOH（X=H, F, and Cl）材料的結晶性、導電性以及孔隙環境的調控優化，并因此實現了高性能電容器電極材料的設計制備。氟原子取代的FHBCOH-Cu表現出最好的結晶性、導電性和離子擴散性能，其室溫電導率達到0.11 S cm-1。FHBCOH-Cu作為電極材料，在0.5 A g-1的電流密度下可以實現優異的比電容943 F g-1，同時具有優異的循環穩定性。鹵素原子取代調控實現的結晶性、電導率和孔環境優化，以及二維扭曲結構是FHBCOH-Cu材料實現超級電容器高性能的關鍵。 基于FHBCOH-Cu構筑的對稱超級電容器器件，可以實現433 F g-1 (0.2 A g-1)的比電容和32 W h kg-1的能量密度（功率密度0.38 kW kg-1），并且點亮導通電壓為2 V的15顆紅色發光二極管。相關結果充分展示了FHBCOH-Cu材料作為超級電容器電極材料的應用潛力。 在該工作中，作者基于六苯并蔻碳骨架設計制備了一類新型c-MOFs材料HBCOH-Cu、FHBCOH-Cu和ClHBCOH-Cu，并通過取代基調控策略進行了結晶性、導電性和孔隙環境的調控優化，實現了超級電容器高性能。通過強調扭曲構象石墨烯片段組分和鹵素取代調控策略，該工作為基于共軛金屬有機框架的高性能超級電容器電極材料的設計提供了新思路。 論文信息 Substituent Modulation of Contorted Hexa-peri-benzocoronene-Based Conjugated Metal–Organic Frameworks for High-Performance Capacitor Wansheng Liu, Yue Li, Liyao Liu, Ye Zou, Yimeng Sun, Yutao Cui, Chong-an Di, Daoben Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500324
