近日，来自斯坦福大学的鲍哲南教授课题组联合斯德哥尔摩大学和阿贡国家实验室在著名Nature子刊Nature Energy上发表题为” Robust and conductive two-dimensional metal organic frameworks with exceptionally high volumetric and areal capacitance”的文章。
该文章报道了一种设计具有氧化还原活性的导电MOF材料用于超级电容器方法，这种MOF的容量由赝电容贡献，而不是电双层电荷。为了增加氧化还原活性中心，选取了超小的HAB(hexaaminobenzene)连接体构筑导电MOF。HAB连接体与d8和d9直角-平面配位几何的金属种类一致，因而产生了亚纳米孔。这一特性产生了高体积和大面积电容，能用于亚毫米厚度的电化学电容器。
图一：HAB MOFs的合成和结构表征。
a)Cu-/Ni-HAB MOFs的合成示意图；
b)Cu-HAB的PXRD实验和模拟曲线；
c)Cu-HAB薄膜的2D GIXD图样；
d)Cu-HAB的HR-TEM图；
e)图d中蓝色区域的HR-TEM图；
f)从HR-TEM计算的对称附加和平均晶格图像；
g)实验和h)模拟的电子衍射图样；
i)Cu-HAB的空间分布模型。
图二： HAB MOFs的制备、吸收图谱和导电性。
a)SEM图；
b)冷压成型制备Ni-HAB；
c)UV-vis-NIR吸收光谱；
d)温度-电导关系图。
图三：电化学性能表征。
a)/b)CV图；
c)EIS图；
d)扫速与重量电容、体积电容的关系；
e)Ni-HAB电极不同载量下的面积倍率性能；
f)10A g-1电流密度充放电的电容保持量。
图四：Ni-HAB体积和面积容量与其他材料的比较。
制备了一种基于HAB配位基的高导电二维MOFs，该材料具有良好化学稳定性。选取的小HAB配位基不仅利于合成高密度的框架，并且得到了超高体积电容性能（760F cm-3）的同时，也获得了稳定的氧化还原行为和400F g-1的质量电容。由于HAB MOF颗粒尺寸较小，尽管电极的厚度增加至360μm， 面积电容的值也达到20F cm-2。并且，12000次循环后电容保持量仍有90%。
