Page 68 - 《精细化工）》2023年第10期

·2146· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

总结如下： 态电解质膜的相关电极材料研究中发现，其在限制
（1）可控的孔隙率影响了电极材料的电化学性 Si、TMO 等高理论比容量材料体积膨胀方面效果显
能，高孔隙率伴随的高比表面积使电极充分与电解 著，这对开发低膨胀、高能量密度的锂离子电池有
质接触，促进了电极材料嵌锂容量的发挥，同时大 着重大意义。
的传输通道增强了锂离子的传输效率，减少容量损 （4）产率不足、合成成本过高和合成结构不稳
伤。对于层状 COFs，周期性的重复堆叠问题使其作 定等因素制约了 COFs 材料在负极领域的发展，因此，
为锂离子电池电极材料受到以下挑战：①缺陷增多； 优化合成工艺降低成本，以便于规模化生产，是目前
②损失大量活性位点；③锂离子电导率低。因此， 有待解决的一个重要问题。随着更多 COFs 构筑单
如何减少重复堆叠是提高电化学性能的关键因素， 元的发现和合成工艺的不断成熟，其在锂离子电池负
合适的剥离策略可以获取高性能的 COFs 负极。对 极领域将会受到越来越多的关注，并为未来的工业应
于球形 COFs，其三维拓扑结构和稳定的孔隙率使其 用奠定基础。
具备优良的电化学性能，尤其是稳定的球形结构可
以有效抑制电极体积膨胀带来的容量衰减，但目前 参考文献：
构筑球形 COFs 的合成分子较少，导致其在储能领 [1] ADAIKKAPPAN M, SATHIYAMOORTHY N. Modeling, state of
charge estimation, and charging of lithium-ion battery in electric
域的发展受到了极大的限制。
vehicle: A review[J]. International Journal of Energy Research, 2022,
（2）在设计合成 COFs 时，功能化基团的引入 46(3): 2141-2165.
赋予了电极新的属性，特定基团的引入改变了材料 [2] WU P F, SHI B Y, TU H B, et al. Pomegranate-type Si/C anode with
SiC taped, well-dispersed tiny Si particles for lithium-ion batteries[J].
的空间结构，同时基团的氧化还原特性影响了储锂 Journal of Advanced Ceramics, 2021, 10(5): 1129-1139.
机制，改善了材料的电导率。至于引入更多种类的 [3] WANG S (王帅), MA Y Z (马扬洲), SONG G S (宋广生), et al.
Research progress on surface modification of silicon anode for
有机基团如何作用于 COFs 储锂机制及性能，还需
lithium-ion batteries[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2022, 39(11):
深入细致研究。 2161-2171.
（3）COFs 是一种具备多碳的有机活性材料， [4] CHEN W T, MURUGANANTHAM R, LIU W R. Construction of
3D porous graphene aerogel wrapped silicon composite as anode
在复合电极制备时有着广泛的应用，通过设计掺入
materials for high-efficient lithium-ion storage[J]. Surface and Coatings
不同元素的 COFs 作为合成材料的前驱体，可以将 Technology, 2022, 434: 128147.
[5] MIN J K, XU X D, KOH J J, et al. Diverse-shaped tin dioxide
特定元素引入复合材料中，同时保留 COFs 的高孔
nanoparticles within a plastic waste-derived three-dimensional
隙率、周期性结构等空间属性，使其成为 HPC 的重 porous carbon framework for super stable lithium-ion storage[J].
要前驱体之一。与 TMO 复合后材料的电化学性能 Science of the Total Environment, 2022, 815: 152900.
[6] WU M X, YANG Y W. Applications of covalent organic frameworks
表明，COFs 结构对减少电极膨胀有着积极作用。由 (COFs): From gas storage and separation to drug delivery[J]. Chinese
此可见，COFs 材料有望在更多高体积膨胀材料的应 Chemical Letters, 2017, 28(6): 1135-1143.
[7] LI J Y, HE Y, ZOU Y C, et al. Achieving a stable COF with the
用中获得更多关注。
combination of "flat" and "twist" large-size rigid synthons for
为贯彻中国绿色低碳方针，追求高性能锂离子 selective gas adsorption and separation[J]. Chinese Chemical Letters,
电池负极材料，开发 COFs 的应用研究，有助加快 2022, 33(6): 3017-3020.
[8] WANG S Q, GUO L L, CHEN L L, et al. Self-exfoliating double-
高能量密度锂离子电池的工业化进程。展望未来应 emission N-doped carbon dots in covalent organic frameworks for
2+
用前景，可以从以下几个方面综合考虑提高 COFs ratiometric fluorescence "Off-On" Cu detection[J]. ACS Applied
Nano Materials, 2022, 5(1): 1339-1347.
材料的使用性能和成本效益。
[9] CHEN L, WANG W X, TIAN J, et al. Imparting multi-functionality
（1）通过剥离手段，可以扩大 COFs 层间距、 to covalent organic framework nanoparticles by the dual-ligand
减少锂离子传输距离、暴露大量活性官能团，从而 assistant encapsulation strategy[J]. Nature Communications, 2021,
12(1): 4556.
弥补 COFs 材料电导率不足的缺陷，在不破坏 COFs
[10] YUAN H Y, LI N X, LINGHU J J, et al. Chip-level integration of
结构的前提下，寻求更高效、简便的剥离策略，对 covalent organic frameworks for trace benzene sensing[J]. ACS
COFs 负极商业化应用发展有着重大意义。 Sensors, 2020, 5(5): 1474-1481.
[11] BIAN S Y, ZHANG K, WANG Y X, et al. Charge separation by
（2）探索更多构筑 COFs 有机分子和官能团与 imidazole and sulfonic acid-functionalized covalent organic
储锂机制的关系，有利于调控 COFs 材料的空间结 frameworks for enhanced proton conductivity[J]. ACS Applied
Energy Materials, 2022, 5(1): 1298-1304.
构和电化学性能，为进一步优化合成工艺提供科学
[12] LI X X, NOMURA K, GUEDES A, et al. Enhanced photocatalytic
理论依据。 activity of porphyrin nanodisks prepared by exfoliation of
（3）有机框架可以为纳米结构功能材料提供大 metalloporphyrin-based covalent organic frameworks[J]. ACS
Omega, 2022, 7(8): 7172-7178.
量的模板和前驱体，并保留足够的空间来改善这些
[13] PENG H J, RAYA J, RICHARD F, et al. Synthesis of robust
材料的电化学性能。在 COFs 作为前驱体或人工固 MOFs@COFs porous hybrid materials via an Aza-Diels-Alder