北京化工大学吕永琴等Angew.：一种醌式二维金属有机框架材料及其在高性能微型超级电容器与固态锂电池中的应用

背景：随着微小型电子器件、可穿戴传感器及物联网节点的快速发展，对兼具紧凑性、高功率和耐久性的微型储能器件需求迫切，微型超级电容器和固态锂电池是两类互补的解决方案，但通常基于不同材料范式开发，难以在单一分子平台实现功能融合。金属有机框架（MOFs）虽为潜在候选材料，却存在容量利用不足、动力学迟缓等缺陷，而兼具稳定结构与优异氧化还原活性的醌式基二维MOFs仍十分稀缺。研究目的：开发兼具化学稳定性、合成可行性与电活性的醌式配体基二维MOFs，以解决微型储能器件的材料瓶颈，并探索其在微型超级电容器和固态锂电池中的应用性能。结论：研究成功设计合成了基于氮杂醌二甲烷的醌式二维金属有机框架AQM-H₂L-Cu，通过低能球磨结合超声剥离得到约5 nm厚的纳米片。该材料应用于微型超级电容器时，实现了高面电容和体积电容，以及优异的循环稳定性；作为离子填料掺入固态聚合物电解质组装的锂电池，展现出高比容量和长循环稳定性。研究揭示了醌式连接体对框架电子与离子协同功能的调控作用，提出了可推广的分子设计原则，为高性能微型和固态储能器件的材料设计提供了新路径。