Page 67 - 《精细化工）》2023年第10期
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第 10 期                   吴沁宇，等: COFs 结构在锂离子电池负极材料中的应用进展                                 ·2145·


            的嵌锂位点（苯环上的活化 C==C 基团）、形成快                          料的电导率。
            速的锂离子传输并与电解质之间充分接触反应，从                                 为进一步提升多孔碳骨架复合材料的性能，研
                                                                                         2+
            而缩短活化过程，提高 COF-GQDs 电极的锂存储容                        究发现，在碳材料上引入 Co 可以从几何和电子 2
            量。此外，GQDs 的引入可以降低相间电阻和增强                           个方面改善基材的电催化性能              [76-77] 。ZHUANG 等 [78]
            电子导电性，还可以防止针状 COF 在循环过程中聚                          以苯甲酸改性的 COFs 作为前驱体，用自下而上的
            集，从而提高 COF-GQDs 电极的循环稳定性。因此，                       合成策略得到了一种分散度较高的 Co 3 O 4 /NPC（N
            用于锂离子电池的 COF-GQDs 负极具有优异的电                         掺杂多孔碳）材料，在 500 mA/g 电流密度下展现出
            化学性能。在 100 mA/g 的电流密度下循环 300 次后                    785 mA·h/g 的高可逆比容量。
            获得了约 820 mA·h/g 的比容量。                                  杂原子掺杂多孔碳（HPC）由于其高理论容量
                 COFs 材料作为可调控的多功能骨架，可定向设                       以及高导电性和分层孔隙，已被广泛用于制备过渡
            计氧化还原活性点位以丰富储锂机制；除此之外，                             金属氧化物（TMO）/HPC 纳米复合材料，而共价
            电极材料的高导电率是衡量电极-电解质界面、电子                            有机骨架的有序网络结构使其成为制备 TMO/HPC
            或离子传输的重要指标。COFs 材料的导电性与其构                          合适的前驱体      [79-81] 。2022 年，GU 等 [82] 通过胺-醛缩
            筑模块密不可分，通过特定有机基团的连接，不仅                             合反应，合成了一种新的具有带状结构的富 N、O
            可以促进高速通道中的离子传导，还可以提高电荷                             的 COF DHNDA-BTH （DHNDA 为 2,6-二羟基萘-1,5-二
            存储能力，改善空间结构，因此，有机官能团的开                             甲醛，BTH 为苯-1,3,5-三甲酰肼）。以 COF DHNDA-BTH
            发对储能领域有着重大意义。                                      为前驱体，制备了 CeO 2 掺杂 NiO 异质结构/富 N、
            2.4   元素掺杂                                         O 多孔碳(CeO 2 -NiO/NC)的纳米复合材料，并成功地
                 由于 COFs 特殊的空间几何结构和可控的内部                       将其应用于锂的强化储存。前驱体中均匀分布的活
            化学环境，研究人员采取了空间结构设计、官能团                             性中心被用来锚定 CeO 2 -NiO 和分级孔。大半径的
                                                                               +
            取代等方法，调控 COFs 电极性能，而 COFs 材料作                      Ce 元素掺杂为 Li 的嵌入/脱嵌提供了较大的晶格空
            为一种具备高孔径和多活性位点的碳骨架，通过                              间，得到的 1/5CeO 2-NiO/NC 具有优异的储锂性能，
            COFs 材料作为前驱体，从而引入元素掺杂，是制备                          在 1 A/g 的电流密度下循环 500 次后比容量达到
            高性能多孔碳电极的一条重要思路。WANG 等                      [68]   852 mA·h/g。此外，CHEN 等       [83] 通过合成一种花状
            提出，不同原子插入到碳基质中会不可避免地引起                             的 COFs 作为前驱体制备了 NiO/NCF（N、O 共掺
            结构变形，并改变电子能带结构，这使碳材料在催                             杂碳纳米花）复合材料，结果表明，花状碳骨架可
            化、环境和能源技术方面具有可调节的功能。                               以有效缓解 NiO 的体积膨胀导致的容量损失。
                                                                   COFs 材料作为一种具备丰富杂原子的多孔碳
                 掺杂氮元素被认为是一种提高碳材料比容量和
            倍率性能的有效方法          [69-71] 。ZHANG 等 [72] 以炭化共      骨架，是制备多孔碳复合电极的重要前驱体之一，
            价有机骨架为前驱体，制备了掺氮多孔碳材料，结                             通过热解 COFs 材料制备多孔碳材料，可引入 N、O、
            果表明，该材料经过 100 次循环后，在 100 mA/g                      S 等元素，杂原子使碳材料具备了额外的电化学位
                                                               点，而 COFs 独特的周期性孔径结构也为锂离子在
            电流密度下得到 488 mA·h/g 的可逆比容量。电流密
                                                               碳基质的有序传输提供了空间。对 TMO/HPC 复合
            度为 5 A/g 下，5000 次循环后保存了 143 mA·h/g 的
                                                               材料的电化学性能的研究发现，COFs 材料作为前驱
            可逆比容量。此外，限制层状碳的结构演化对于循
            环稳定性十分重要         [73] 。SUN 等 [74] 通过 COF 片和功       体合成的复合材料，可以有效抑制 TMO 在锂离子
            能化石墨烯（FG）的结合，制备了多孔、富含缺陷                            嵌入/脱嵌时的体积膨胀效应，增强复合材料的循环
                                                               稳定性。这为解决高体积膨胀材料的电极粉化提出
            和 N 的碳基质（NCM），NCM 电极表现出高比容
                                                               了一条新的思路。
            量（在 0.1 和 10 A/g 的电流密度下首次放电比容量
            分别为 1162  和 270 mA·h/g）和良好的循环稳定性                   3   结束语与展望
            （400 次循环后在 5 A/g 的电流密度下可逆比容量为
            345 mA·h/g）。汤旭旭等       [75] 通过常温下设计合成了                 COFs 材料因其周期性的空间结构、可控的孔隙
            钴金属修饰的共价有机骨架结构，然后以此为前驱                             率和易于功能化修饰等优点受到了广泛的关注，有
            体，通过修饰的钴金属中心在一步煅烧过程中原位催                            望在下一代锂离子电池负极材料得到实际应用。本
            化碳纳米管，从而获得氮掺杂碳/碳纳米管杂化复合                            文首先从 COFs 材料储锂机制进行简要介绍，通过
            材料。经过 300 圈的充放电循环后，其比容量保持                          不同维度引出 COFs 在锂离子电池负极领域的研究，
            在 652 mA·h/g。总之，氮元素的掺杂为多孔碳电极                       最后按孔径及厚度、官能团和引入元素掺杂 3 个方
            材料增加了额外的储锂活性位点，并有效提高了材                             面综述了对 COFs 电极性能调控策略及应用，具体
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