近日，化学与化工学院讲师朱磊在国际权威期刊《Energy Storage Materials》(中科院一区Top期刊，影响因子20.4)上发表共价有机框架在水系锌电池中的化学设计综述论文。我校为论文第一单位，化学与化工学院朱磊博士为论文第一作者，材料科学与工程学院柳东明教授、汪冬红教授和香港城市大学支春义教授为共同通讯作者。《Energy Storage Materials》由爱思唯尔出版商出版，是能源储能领域的顶刊之一，具有重要的国际影响力。

（水系锌电池中的高活性COF正极）

可充电水性锌电池(AZBs)已成为电网规模储能电池系统的理想选择之一。然而，其在实际应用中受到比能、循环稳定性和保质期等不理想因素的阻碍，通常是由于在充放电过程中正极材料的降解和锌负极的枝晶/腐蚀等原因造成的。在过去的几年里，共价有机框架(COFs)由于其可设计的分子结构、特殊的有序孔道和可调节的功能分子单元，已经被用于解决了水性锌电池中的固有问题。COFs由于有效储能组分的可行掺入和共价键结构的高稳定性，可以解决充放电过程中正极材料溶解的问题。通过建立基于COFs的界面层来均匀离子通量，提供更多的成核种子，抑制腐蚀反应，可以很好地延缓锌负极的枝晶和腐蚀问题。

（水系锌电池中的光响应COF正极）

（水系锌电池中的锌负极COF保护膜）

（水系锌电池中的COF材料应用）

COFs作为正极材料可以解决有机分子的溶解问题，从而显著提高长期循环稳定性。硼环、烯烃、咪唑等连接基团难以作为储能活性位点，且会降低材料的整体比容量。只有富含吩嗪和亚胺、羰基官能团的可以作为储能位点的COFs作为正极材料才能够有较高的比容量。双功能COFs中电子给体和电子受体单位的周期性排列将促进电荷的分子间分离和传递。此类D-A-COFs作为光响应正极材料可以集光电转换功能和电化学氧化还原位点于一体，收集光后产生光电子和空穴，为氧化还原反应提供能量。作为隔膜或保护层的COFs，其极性基团不仅对Zn表面具有较高的吸附能力，而且可以调节Zn²⁺的透过率。孔内壁的周期性结构使COFs具有良好的调节作用，可以减缓Zn枝晶产生和H₂的析出。

团队综述分析了COFs的化学可调性，以及在水性锌电池中基于COFs的正极、光响应正极材料、卤素电极材料基质和电催化剂作为锌-空气正极、负极、锌负极保护层、隔膜的最新进展，由于COFs的不溶性和坚固的框架，COFs电极在AZBs中也具有良好的结构稳定性。虽然COFs在AZBs体系中取得了一定的进展，但一些技术问题仍然限制了基于COFs的AZBs功能材料。我们系统地总结了特定结构的化学特征，包括我们将对这些COFs的化学性质进行分析，探讨其作为AZBs组分的具体化学设计并提出了几种改善策略，希望能够为高性能水系锌电池的COFs材料设计和进一步研究提供了启发。

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2405829724001247

（撰稿：朱磊 审核：韩新亚 黄宇弦）