Angew：一种二维无孔配位聚合物中的双离子插层和高体积电容

Nanoyu

2021-10-03

插层是提高电化学电容器（ECs）能量密度的一种很有前途的离子吸附机制，它提供了更好的进入电化学表面积的途径。同时，其需要离子快速脱/嵌主体材料，而且必须在没有相变的情况下发生。然而，满足这些要求的材料很少见，一些材料几乎完全嵌入阳离子。

研究表明，用于ECs的插层电极必须具有良好的电子传导、快速的离子传输路径以及与电解质组成的弱（如果有的话）能量相互作用。新兴的二维（2D）配位聚合物（CP）满足了这些困难的标准，并且通过在π-d共轭的2D层中容纳丰富的金属离子和有机连接物，提供了巨大的组成多样性。

近日，麻省理工学院Mircea Dincă报道了Ni₃BHT这一典型的无孔2D CP，其通过离子插层实现了电荷的可逆存储。

文章要点

1）在Ni₃BHT中，Ni²⁺离子和BHT连接体以密实堆积的2D结构排列，层间距为3.45 Å，比表面积为25 m² g^˗1。BHT基团上的硫原子分别与两个Ni²⁺离子以正方形平面配位，形成扩展的π-d共轭骨架，其电导率高达5 S cm^˗1，足以在电化学反应中实现潜在应用。

2）在外极化条件下，Li⁺、Na⁺、K⁺、NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-等多种电解质离子很容易在Ni₃BHT中进行插层。同时，尽管Ni₃BHT中没有典型孔隙率，但仍实现了413 F g^˗1和720 F cm^˗3的高重量比电容和体积比电容。

3）广泛的电化学表征表明，Ni₃BHT中的阳离子插层可以解释为赝电容插层，而阴离子插层显然是纯电容插层。在现有的插层电极机制范围内，研究人员讨论和比较了这种双离子插层和独特的电荷存储机制。

总体而言，这项工作开辟了2D CP作为一类不同的、可调的材料，值得在ECs中进行进一步的研究。

参考文献

Harish Banda, et al, Dual-ion intercalation and high volumetric capacitance in a two-dimensional non-porous coordination polymer,  Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202112811

https://doi.org/10.1002/anie.202112811