金属有机框架（MOFs）材料具有丰富可调的化学组分，有序的微/介孔结构，以及均匀分布的化学活性位点。得益于此，其广泛应用于分子吸附，分离和催化等领域。近年来，伴随社会对能源储存与转换的巨大需求，MOF基材料的研究热点也逐渐向电化学储能（EES）等领域延伸，但其应用常受制于低导电性、低稳定性及构效关系模糊等问题。近日，港大浙江研究院先进功能材料实验室的郭正晓教授团队在Advanced Energy Materials杂志以“孔工程”理念为指导，系统总结了MOF基材料孔结构/化学的设计方法，以及MOF基材料在电化学储能领域（金属离子电池、超级电容器）的最新应用进展 （链接见后）。

图1. 文章特选为本期杂质的封底

MOFs基材料的孔设计

综述将孔设计分为孔的化学与结构设计两部分进行梳理。

对于MOFs，在孔化学方面，介绍了如何通过对金属节点与有机配体的分别设计，改善MOFs的热/化学稳定性、提高电导率、实现特定功能等。在孔结构方面，分别从微孔、介孔、大孔出发，探讨了相关的设计策略，如孔分隔、配体增长、后处理、缺陷工程、控制组装（凝胶/3D打印）等方法。

图2. MOFs的孔设计策略

对于MOFs衍生物，在孔化学方面，回顾了不同化学组成的MOFs衍生物的制备方法，着重强调了原料与热解条件的重要性。在孔结构方面，从孔尺寸分布、比表面积、结构单元维度等几点阐述了相应设计方法（如热解条件控制、活化、模板法、可控刻蚀等）。

MOF基材料在电化学储能方面的应用

从孔化学与孔结构两方面，讨论了MOF基材料在超级电容器电极材料、金属离子电池（锂/钠/钾离子电池）电极材料、金属离子电池固态电解质方面的设计实践。在超电容方面，主要以比电容、倍率性能、稳定性作为器件指标；在金属离子电池方面，分为阴极材料与阳极材料两部分，以比容量、倍率性能、首圏库伦效率、稳定性作为器件指标；在固态电解质方面的研究尚处于初期阶段，主要讨论了材料的离子电导率、金属离子转移数两项指标。

通过将器件性能指标与MOF基材料的孔参数进行关联，对相关构效关系进行了简单分析。初步结果表明，MOF基材料作为超电容与锂离子电池电极材料时，其性能与化学组成的关系更密切或更为明确。相对而言，MOFs比MOFs衍生物的构效关系更清晰。

展望

目前，MOFs及其衍生物的可控合成已较为成熟。但是，MOFs研究群体与电化学储能研究群体间的鸿沟，导致MOF基材料在EES领域的应用出现很多问题。例如，很多设计精巧的MOFs并未能应用于EES；某些MOF基材料在EES领域的工作未瞄准领域的关键问题，所采用的测试方法或给出的参数不合适或不全面；构效关系尚不明朗，阻碍了孔的靶向设计。因此，这一领域需要跨学科研究者的通力合作，从而促进MOF基电化学储能材料的高速发展。

论文信息：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202100154