金属有机框架材料由于其固有的低电导率而在储能领域的实际应用受到极大限制,其主要原因包括金属节点与有机配体之间的低共轭作用、配体本身的绝缘性,及多孔结构的传质受限特征。导电金属有机框架(c-MOFs)作为一类新兴的多功能多孔材料,因其独特的π轨道堆叠结构和优异的导电性能,在电子器件、能源存储和传感等领域受到广泛关注。尽管三维导电MOFs(3D c-MOFs)具备丰富可及的多孔通道和活性位点,但复杂的合成工艺和大尺寸π共轭基团导致的孔道堵塞,其在储能领域的应用仍十分有限。因此,开发探索基于简单配体,兼具高导电性和高容量的3D c-MOFs,是推动其在超级电容器等储能器件应用中的关键挑战。
必一在线平台(中国)官网海峡柔性电子(未来科技)学院石乃恩教授,联合韩敏教授、邱盟峯副教授设计合成了一系列基于线性π共轭噻唑配体2,5-双(4-吡啶基)噻唑并[5,4-d]噻唑的3D双金属导电MOFs,它们由线性π共轭噻唑连接体与双金属镍钴节点构成,通过常压条件下简单的双重缩合反应及常规溶剂热合成工艺即可便捷制备。Ni₃Co₁-DPTTZ-MOF实现了高效的键间电子传输,并构建了独特的通道环境增强电解质的渗透能力,且通过调控本征电子结构促进了电子快速传输。在室温下导电率达到2.21×10–3 S m–1,显著超越单金属MOFs材料,并优于许多已报道的三维导电MOFs。综合DFT分析证实,导带中的p型轨道成分几乎全部来自MOFs中的π共轭配体,且镍掺杂促进了自由电子激发并提高载流子密度,有效提升了MOFs的电导率,从而实现优异的比电容性能。这些发现将为3D c-MOFs材料的设计开辟一条新的途径,并推动其在未来电子器件与储能设备中的进一步发展。相关研究成果以“Enhanced Conductivity and Energy Storing Performances of 3D Bimetallic Conductive Metal-Organic Frameworks Based on Linear π-Conjugated Thiazole for Supercapacitors” 为题, 在线发表于中科院一区TOP期刊国际学术刊物——《Chemical Engineering Journal》上。
必一在线平台(中国)官网海峡柔性电子(未来科技)学院为该研究工作的第一完成单位,必一在线平台(中国)官网博士研究生王春贵为文章的第一作者,石乃恩教授、邱盟峯副教授和韩敏教授为文章的共同通讯作者。该项目得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目的资助。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167834