化工学院黄文欢团队在《Advanced Functional Materials》上发表可调孔道MOF固态电解质研究工作

钠金属电池（SMBs）因其钠资源丰富、成本低廉等优势，被视为锂离子电池的理想替代品。然而，固态电解质在实际应用中仍面临诸多挑战，如离子电导率低、界面接触不良以及钠枝晶生长等问题，限制了其进一步发展。相比之下，凝胶聚合物电解质（GPE）因其优异的柔韧性和可扩展性，展现出更大的应用潜力。尽管如此，传统凝胶聚合物电解质仍存在离子迁移率不足的缺陷，难以满足高性能钠金属电池的需求。近年来，金属有机框架（MOFs）因其可调的孔道结构和高孔隙率特性，为Na⁺的快速迁移提供了理想通道，从而显著提升了离子迁移效率。因此，合理选择MOF填料并制备适用于钠金属电池的MOF基凝胶电解质仍是目前研究重点。

针对上述问题，近日，陕西科技大学化学与化工学院黄文欢教授团队设计出两种锌基MOF材料（AHF-PDC与AHF-BPDC），通过调控配体长度形成孔径分别为6 Å和9 Å的一维通道。其中，BPDC@PH电解质凭借更大的孔道（9 Å）及孔壁静电吸附特性，显著优化了钠离子（Na⁺）的扩散路径。同时，该材料能够选择性吸附阴离子（TFSI⁻），从而将离子迁移数提升至0.87，并在35°C下实现了7.74 × 10⁻⁴ S cm⁻¹的高电导率。这一研究为开发高性能钠金属电池电解质提供了重要的理论依据和实验支持。相关工作在《Advanced Functional Materials》期刊上以“Enhanced Ionic Diffusion via Refined Pillared 1D Channels for Sodium Metal Batteries”为题发表。

本文亮点：

1. 精准设计MOF孔道，实现离子高效传输。通过调控配体长度形成孔径分别为6 Å和9 Å的一维通道。其中，BPDC@PH电解质凭借更大的孔道（9 Å）及孔壁静电吸附特性，显著优化了钠离子（Na⁺）扩散路径，并选择性吸附阴离子（TFSI⁻），使离子迁移数提升至0.87，电导率达7.74 × 10⁻⁴ S cm⁻¹（35°C）。

2. 超长循环稳定性与界面优化。在1.0 mA cm⁻²电流密度下，钠金属对称电池连续运行超1000小时无短路，全电池（NVP|BPDC@PH|Na）循环1000次后容量保持率高达98%。分子动力学模拟显示，扩大的MOF孔道加速了NaTFSI的传输，促进负极表面形成富含NaF的薄层固态电解质界面（SEI），有效抑制枝晶生长。组装的固态软包电池在弯折、切割等极端条件下仍可稳定供电，并点亮LED灯组，展现出优异的机械安全性和商业化潜力。

PDC@PH 和 BPDC@PH 凝胶聚合物电解质的制备

精准调控柱状 1D 通道，增强离子迁移动力学

诱导富含NaF的固态电解质界面（SEI）沉积并稳定钠界面

NVP | MOF@PH | Na 全电池的电化学性能

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420572

新闻小贴士：

黄文欢，在无机合成化学领域，聚焦杂化氮唑框架的设计合成及构效关系开展深入研究。担任《EcoMat》顾问委员会成员、《Rare Metals》、《稀有金属》中英两刊青年编委；《Wearable Electronic》青年编委；《Tungsten》青年编委；《Rare Metal Materials and Engineering》青年编委；《Chinese Journal of Structural Chemistry 》青年编委。先后入选陕西省高校科协青年人才托举计划（2021）、陕西省科技新星（2022）、陕西省特支计划-青年拔尖人才（2023）。近年来，发表论文80余篇，包括Nature Communication （1篇）、Angew Chem. Int. Ed. （2篇）、Advanced Materials（2篇）、Advanced Functional Materials（4篇）、Advanced Science（1篇）、Science China Chemistry（1篇）等，ESI高被引论文14篇，总引用4680次(单篇最高503次，7篇论文超100次引用)，论文前封面4篇，连续入选 “2023、2024年度全球前2% 顶尖科学家榜单”。

(核稿：黄文欢 编辑：刘倩）