近日，我校化學(xué)與化工學(xué)院黃文歡教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials期刊發(fā)表題為“Universal F4-modified Strategy on Metal Organic Framework to Chemical Stabilize PVDF-HFP as Quasi-Solid-State Electrolyte”的研究論文，黃文歡教授、阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)張華彬教授、揚(yáng)州大學(xué)龐歡教授為論文共同通訊作者，合作者包括西安交通大學(xué)儀器分析中心鄧楠、梁艷，為本論文提供了重要的測(cè)試協(xié)助。陜西科技大學(xué)為第一通訊單位。

設(shè)計(jì)具備高離子電導(dǎo)率和離子遷移數(shù)的固態(tài)電解質(zhì)材料對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能固態(tài)電池(SSBs)至關(guān)重要。目前，傳統(tǒng)的有機(jī)和無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)無(wú)法全面滿足固態(tài)電池高效運(yùn)行的需求，因此亟需研發(fā)新型的高性能固態(tài)電解質(zhì)材料。近年來(lái)，金屬-有機(jī)框架材料(MOFs) 作為一種新型多孔材料，具有孔隙率大、活性位點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，且因其結(jié)構(gòu)多樣性和化學(xué)可調(diào)性，成為固體電解質(zhì)(SSEs)材料的研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，MOF材料吸附鋰鹽后，可用作鋰離子導(dǎo)體，并表現(xiàn)出較高的離子電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)。因此，基于金屬有機(jī)框架（MOF）和聚合物混合基質(zhì)膜（MMM）的固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）在鋰金屬電池（LMBs）中的鋰離子導(dǎo)電和界面電阻方面都表現(xiàn)出極大的促進(jìn)作用。然而，不良的結(jié)構(gòu)演變和兩相之間不明確的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制都嚴(yán)重限制了它們的進(jìn)一步優(yōu)化和商業(yè)應(yīng)用。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升MOF基MMM固態(tài)電池隔膜，解明其在電池中的作用機(jī)理至關(guān)重要。

本論文工作合成了具有不同F(xiàn)含量的氟改性Zr-BDC，用于與PVDF-HFP組裝高性能的固態(tài)電解質(zhì)（QSSE）。Zr-BDC-F4中F位點(diǎn)的化學(xué)絡(luò)合使PVDF-HFP鏈穩(wěn)定在β相和無(wú)序振蕩狀態(tài)，從而增強(qiáng)了電荷轉(zhuǎn)移和Li傳輸特性, Zr-BDC-F4/PVDF-HFP QSSE具有5.27×10-4 S/cm高鋰離子電導(dǎo)率。隔膜中F-基團(tuán)的多孔約束和電負(fù)性增強(qiáng)了TFSI-陰離子的捕獲和解離以及LiF固體電解質(zhì)相（SEI）的均勻沉積，促進(jìn)了Li+離子高效傳輸，抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)。此外，采用XPS深度刻蝕技術(shù)和TOF-SIMS研究了鋰金屬表面的SEI組分，進(jìn)一步驗(yàn)證了F基團(tuán)的多孔約束和電負(fù)性，Zr-BDC-F4與TFSI-陰離子之間3.32 eV的高結(jié)合能促進(jìn)了LiTFSI的解離和富LiF固體電解質(zhì)相（SEI）的均勻沉積，使得鋰金屬負(fù)極在高電流密度下的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著提高。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證界面穩(wěn)定性的提高和對(duì)鋰枝晶的抑制有助于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期循環(huán)，組裝了Li//LFP紐扣電池，經(jīng)過(guò)300次循環(huán)后，在1C下仍能保持145.3 mAh/g超高比容量。即使在袋式電池中，2C下也實(shí)現(xiàn)了121.9 mAh/g高比容量，并且在300次循環(huán)后仍具有很高穩(wěn)定性。此外，高電壓NCM-811//Li和高負(fù)載LFP//Li（高LFP質(zhì)量負(fù)載為6.82mg/cm2）準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)具有出色的穩(wěn)定電化學(xué)性能。更重要的是，通過(guò)組裝Zn-BDC-Fx、Ce-BDC-Fx和Fe-BDC-Fx（x=0,4）QSSE，證實(shí)了F4改性策略的普適性；它們?cè)?.5C下，Li| LFP紐扣電池中分別表現(xiàn)出120.8、128.4、114.4mAh/g增強(qiáng)比容量和高穩(wěn)定性。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202310147

附：團(tuán)隊(duì)近三年部分代表性論文：

（1）W. Huang*, S. Wang, X. Zhang, Y. Kang, H. Zhang*, N. Deng, Y. Liang, H. Pang*, Universal F4-modified Strategy on Metal Organic Framework to Chemical Stabilize PVDF-HFP as Quasi-Solid-State Electrolyte, Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.202310147. （2022影響因子：29.4）

（2）X. Zhang, Q. Su*, G. Du, B. Xu, S. Wang, Z. Chen, L. Wang, W. Huang*, H. Pang*, Stabilizing Solid-state Lithium Metal Batteries through In Situ Generated Janus-heterarchical LiF-rich SEI in Ionic Liquid Confined 3D MOF/Polymer Membranes, Angew Chem. Int. Ed., 2023, 62(39), e202304947. （2022影響因子：16.6）

（3）W. Huang, C. Su, C. Zhu, T. Bo, S. Zuo, W. Zhou, Y. Ren, Y. Zhang, J. Zhang, M. Rueping*, H. Zhang*, Isolated Electron Trap-Induced Charge Accumulation for Efficient Photocatalytic Hydrogen Production, Angew Chem., Int. Ed., 2023, 62 (25), e202304634.（VIP paper）（2022影響因子：16.6）

（4）W. Huang,* X. Zhang, J. Chen, Q. Qiu, Y. Kang, K. Pei, S. Zuo, and R. Che*, High-density Nanopore Confined Vortical Dipoles and Magnetic Domains on Hierarchical Macro/Meso/Micro/Nano Porous Ultra-Light Graphited Carbon for Adsorbing Electromagnetic Wave, Advanced Science, 2023, 2303217. （2022影響因子：15.1）

（5）W. Huang*, Q. Qiu, X. Yang, S. Zuo, J. Bai, H. Zhang*, K. Pei and R. Che*, Ultrahigh Density of Atomic CoFe-Electron Synergy in Noncontinuous Carbon Matrix for Highly Efficient Magnetic Wave Adsorption. Nano-Micro Letters, 2022, 14(1): 96.（2022影響因子：26.6）

（6）W. Huang, T. Bo, S. Zuo, Y. Wang, J. Chen, S. Ould‐Chikh, Y. Li, W. Zhou*, J. Zhang, H. Zhang*, Surface decorated Ni sites for superior photocatalytic hydrogen production, Susmat, 2022, 2(4) 466-475.（邀稿，2022影響因子：28.4）

（7）W. Huang*, W. Gao, S. Zuo, L. Zhang, K. Pei, P. Liu and R. Che*, and H. Zhang*, Hollow MoC/NC Sphere for Electromagnetic Wave Attenuation: Direct Observation of Interfacial Polarization on Nanoscale Hetero-interfaces. Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10: 1290-1298.（雜志封面Outside Front Cover）（2022影響因子：11.9）

（8）W. Huang*, X. Li, X. Yang*, H. Zhang, P. Liu, Y. Ma, and X. Lu, CeO₂-embedded mesoporous CoS/MoS₂ as highly efficient and robust oxygen evolution electrocatalyst. Chemical Engineering Journal, 2021, 420: 127595.（2022影響因子：15.1）

（9）X. Zhang, W. Huang*, L. Yu, M. García-Melchor, D. Wang, L. Zhi* and H. Zhang* Enabling Heterogeneous Catalysis to Achieve Carbon Neutrality: Directional Catalytic Conversion of CO₂ into Carboxylic Acids, Carbon Energy, 2023, e362. （2022影響因子：20.5）

（10）M. Sun, W. Cao, P. Zhu, Z. Xiong, C. Chen, J. Shu*, W. Huang*, Fan Wu*, Thermally tailoring magnetic molecular sponges through self-propagating combustion to tune magnetic-dielectric synergy towards high-efficiency microwave absorption and Attenuation, Advanced Composites and Hybrid Materials, 2023, 6: 54. （2022影響因子：20.1）

（11）C. Feng, Y. Ren, F. Razq, W. Huang*, H. Zhang*, An innovative and ingenious strategy to construct single-atom catalyst for photocatalytic methane conversion, Matter, 2022, 5, 3086–3111. （2022影響因子：18.9）

（12）P. Li, Z. He, X. Li, W. Huang*, and X. Lu*, Fullerene-Intercalated Graphitic Carbon Nitride as a High-Performance Anode Material for Sodium Ion Batteries. Energy & Environmental Materials, 2022, 5: 608–616.（邀稿，2022影響因子：15）

新聞小貼士：

黃文歡，主要從事多氮唑雜化框架的設(shè)計(jì)合成，能源存貯及轉(zhuǎn)化、電磁波吸收屏蔽、固態(tài)電池關(guān)鍵材料的應(yīng)用研究。入選“2023年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”，陜西省“科學(xué)家+工程師”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、陜西省科技新星，近年來(lái)主持國(guó)家項(xiàng)目2項(xiàng)、省部級(jí)各類科研項(xiàng)目9項(xiàng)、教學(xué)項(xiàng)目3項(xiàng)，獲得陜西省高校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（第1完成人）1項(xiàng)，陜西省人才計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)。在Angew Chem. Int. Ed.、Advanced Materials、Advanced Science、Nano-Micro Letters、Carbon Energy、Matter、Journal of Materials Chemistry A、Energy & Environmental Materials、Chemical Engineering Journal等國(guó)際期刊上發(fā)表SCI論文50余篇，其中受邀撰寫綜述6篇，高被引論文6篇，熱點(diǎn)論文2篇。授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利7項(xiàng)，其中4項(xiàng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)化。曾受邀請(qǐng)?jiān)趪?guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上作報(bào)告16次，媒體轉(zhuǎn)載相關(guān)研究成果20余次。組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲得陜西省第六屆研究生創(chuàng)新成果展省級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省級(jí)創(chuàng)新基金1項(xiàng)；培養(yǎng)研究生獲得“優(yōu)秀畢業(yè)生”、“優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文”、“國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金”、“研究生高水平科研成果獎(jiǎng)勵(lì)”等。

（核稿：費(fèi)貴強(qiáng) 編輯：劉倩）