高效儲(chǔ)能是當(dāng)今科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要方向之一。作為一類(lèi)可設(shè)計(jì)的拓?fù)涠嗫撞牧?，有機(jī)框架材料內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)高效電荷傳輸，其在電化學(xué)儲(chǔ)能方面具有較好的應(yīng)用前景。

材料學(xué)院陳宏偉課題組長(zhǎng)期從事先進(jìn)儲(chǔ)能研究，近年著重關(guān)注有機(jī)框架電極的設(shè)計(jì)與研究。此前，研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了框架內(nèi)陽(yáng)離子活化陰離子儲(chǔ)存的新機(jī)制，該工作機(jī)制有望將無(wú)活性或低活性的有機(jī)框架轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У碾姌O材料，相關(guān)工作發(fā)表于Adv. Energy Mater.2022, 12, 2101930。隨后團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了“次級(jí)電化學(xué)活性模塊組裝”的框架設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了包括PF₆^-/Li⁺、OTF^-/Mg²⁺、OTF^-/Zn²⁺等離子共儲(chǔ)存，并證明了陰陽(yáng)離子間的庫(kù)倫作用可顯著促進(jìn)離子在電極內(nèi)部擴(kuò)散與儲(chǔ)存，從而大幅提高電極的容量和動(dòng)力學(xué)性能。該工作發(fā)表于Angewandte Chemie.2023, 62, e202300158。

近期，團(tuán)隊(duì)將框架的儲(chǔ)存對(duì)象拓展到多價(jià)金屬離子（Mvⁿ⁺，n>1），提出了與傳統(tǒng)電極不同的Mvⁿ⁺存儲(chǔ)機(jī)制，即局域配體輔助插層-贗電容存儲(chǔ)機(jī)制。這種發(fā)生于框架近表面的弱配位模式有效屏蔽了Mvⁿ⁺的電荷密度，故可助于實(shí)現(xiàn)Zn²⁺的可逆儲(chǔ)存>45000圈，Ca²⁺的可逆儲(chǔ)存>20000圈，對(duì)應(yīng)電極的功率密度分別達(dá)到14和57 kW/kg。該工作近日發(fā)表于Angewandte Chemie（DOI：10.1002/anie.202300372）。

以上系列工作主要由研究生孫文路、解鷺婷、程章元等協(xié)同完成，華僑大學(xué)材料學(xué)院為唯一通訊單位。

此外，近年來(lái)，陳宏偉團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了基于框架材料的固態(tài)離子導(dǎo)體（JACS, 2018；Adv. Energy. Mater. 2021等）。這些系列工作可為開(kāi)發(fā)具有高能量、高功率密度且長(zhǎng)循環(huán)壽命的框架電極或電解質(zhì)材料提供指導(dǎo)。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金、華僑大學(xué)測(cè)試分析中心、中科院納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站等支持。

局域配體輔助插層-贗電容存儲(chǔ)機(jī)制

（編輯：李孟婷）