Angew. Chem. ：基于扭曲六苯并蔻共轭金属-有机框架的取代基调控策略实现超级电容器高性能

随着人类社会的发展和科技的进步,能源需求快速增长,能源结构和应用领域不断更新。能源需求的快速进展需要开发高效的能源存储系统。电化学储能系统作为重要的能源载体在消费电子、电动汽车及大规模储能等多个领域都有重要应用。超级电容器（SCs）代表了一类重要的能源存储系统，因为它们具有许多吸引人的优点，比如极快的充放电能力和优秀的长周期寿命。但是，相较于离子电池，超级电容器的能量密度较低，限制了其在消费电子等领域更广泛的应用。设计制备高性能电极材料，是提高超级电容器能量密度的关键。由于其显著的导电性、高表面积、可调孔径和可定制功能，二维共轭金属有机框架（2D c-MOFs）成为一种有前景的电容器电极材料，为高能量密度超级电容器的开发提供了材料平台。

近日，中国科学院化学研究所朱道本院士团队的崔玉涛研究员及合作者，以具有扭曲构象的最小石墨烯纳米片（六苯并蔻，HBC）为有机骨架，设计制备了一类共轭导电金属-有机框架材料，并通过取代基调控策略实现了框架材料的导电性等相关性能调控和电化学储能性能优化，获得了高性能超级电容器电极材料。

作者以八羟基取代的六苯并蔻（HBCOH）为有机配体，通过溶剂热反应制备了具有优异结晶性和导电性的c-MOFs材料Cu-HBCOHs。由于羟基与邻近苯环上氢原子的位阻效应，HBCOH配体具有轻微扭曲构象，进而导致Cu-HBCOHs表现出独特的扭曲二维结构。并且，通过不同卤素的取代调控，作者实现了对Cu-XHBCOH（X=H, F, and Cl）材料的结晶性、导电性以及孔隙环境的调控优化，并因此实现了高性能电容器电极材料的设计制备。氟原子取代的FHBCOH-Cu表现出最好的结晶性、导电性和离子扩散性能，其室温电导率达到0.11 S cm^-1。FHBCOH-Cu作为电极材料，在0.5 A g^-1的电流密度下可以实现优异的比电容943 F g^-1，同时具有优异的循环稳定性。卤素原子取代调控实现的结晶性、电导率和孔环境优化，以及二维扭曲结构是FHBCOH-Cu材料实现超级电容器高性能的关键。

基于FHBCOH-Cu构筑的对称超级电容器器件，可以实现433 F g^-1 (0.2 A g^-1)的比电容和32 W h kg^-1的能量密度（功率密度0.38 kW kg^-1），并且点亮导通电压为2 V的15颗红色发光二极管。相关结果充分展示了FHBCOH-Cu材料作为超级电容器电极材料的应用潜力。

在该工作中，作者基于六苯并蔻碳骨架设计制备了一类新型c-MOFs材料HBCOH-Cu、FHBCOH-Cu和ClHBCOH-Cu，并通过取代基调控策略进行了结晶性、导电性和孔隙环境的调控优化，实现了超级电容器高性能。通过强调扭曲构象石墨烯片段组分和卤素取代调控策略，该工作为基于共轭金属有机框架的高性能超级电容器电极材料的设计提供了新思路。

论文信息

Substituent Modulation of Contorted Hexa-peri-benzocoronene-Based Conjugated Metal–Organic Frameworks for High-Performance CapacitorWansheng 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