金屬有機(jī)框架材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究進(jìn)展

胡志威，孔志博，李 霞，王亞珍，胡思前，徐俊暉

(江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056)

煤、石油和天然氣等化石燃料是全球的主要能源，但其過度使用導(dǎo)致了能源危機(jī)和環(huán)境污染等問題。太陽(yáng)能、風(fēng)能和潮汐能等可再生能源的開發(fā)是節(jié)能減排的重要舉措，但是需要間歇性地將其轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，以保障高效、持續(xù)、穩(wěn)定的能源供應(yīng)。超級(jí)電容器可以安全地提供高功率和快速充電，并且具有極長(zhǎng)(>105次)的循環(huán)壽命，是最有潛力的高性能能量存儲(chǔ)設(shè)備之一，在某些應(yīng)用中可以補(bǔ)充甚至替代電池[1]。盡管超級(jí)電容器可以瞬時(shí)提供比電池更高的功率密度，但其能量密度仍顯著低于電池。電極材料是影響超級(jí)電容器性能的核心因素，必須具備高電導(dǎo)率、大比表面積、良好的熱穩(wěn)定性、尺寸適宜的孔分布、良好的耐腐蝕性等性能，選擇合適的電極材料并進(jìn)行優(yōu)化是設(shè)計(jì)超級(jí)電容器的關(guān)鍵技術(shù)[2]。為了在不犧牲功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性的情況下，進(jìn)一步提高超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能，從而拓展其實(shí)際應(yīng)用潛力，科研工作者進(jìn)行了大量的研究工作。

金屬有機(jī)框架(MOFs)是由金屬離子或簇與有機(jī)配體連接在一起形成的三維多孔晶體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的多孔材料如介孔碳、沸石等相比，MOFs材料不僅具有更大的比表面積，而且其結(jié)構(gòu)、孔徑等可由金屬離子或有機(jī)配體來(lái)調(diào)節(jié)，通過分子設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的調(diào)控。MOFs材料可以提供豐富而且分布均勻的活性位點(diǎn)，電解質(zhì)離子可以在其孔內(nèi)快速擴(kuò)散，是理想的超級(jí)電容器電極材料，受到人們的廣泛關(guān)注[3]。為此，作者對(duì)近3年來(lái)MOFs材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的歸納和總結(jié)，為MOFs材料的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用提供幫助。

1 單金屬M(fèi)OFs

1.1 Co-MOF

鈷基金屬有機(jī)框架(Co-MOF)是最常用的過渡金屬M(fèi)OFs，在電化學(xué)應(yīng)用中起著重要作用。Co-MOF制備方法簡(jiǎn)便，是較早用于超級(jí)電容器研究的MOFs。Abazari等[4]合成了一種新型的具有柱狀分層結(jié)構(gòu)的Co-MOF(NH2-TMU-53)，基于該Co-MOF的不對(duì)稱超級(jí)電容器在5 A·g-1電流密度下顯示出325 F·g-1的比電容，具有高功率密度(2.31 kW·kg-1)、高能量密度(50.30 Wh·kg-1)和長(zhǎng)循環(huán)壽命(經(jīng)6 000次循環(huán)后電容保持率為90.7%)。Ramachandran等[5]系統(tǒng)地研究了合成Co-MOF所用溶劑對(duì)其電容性能的影響，發(fā)現(xiàn)使用DMF/乙醇混合溶劑可以合成具有大比表面積、高微孔體積的小晶體尺寸Co-MOF，該Co-MOF具有納米針的結(jié)構(gòu)且其邊緣有大量的尖銳納米棒，能為電化學(xué)反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn)，并確保更高的電荷存儲(chǔ)能力，在2 A·g-1的電流密度下比電容可達(dá)958.1 F·g-1，即使經(jīng)3 000次循環(huán)后電容保持率仍達(dá)92.3%。Zhou等[6]合成了由納米棒交織形成的海膽狀結(jié)構(gòu)Co-MOF(Co-L-180)，Co-L-180具有高親水性和大比表面積，且Co2+中心與席夫堿有機(jī)配體形成的共軛π鍵能加快電荷遷移率并進(jìn)一步提高電導(dǎo)率；基于Co-L-180的混合超級(jí)電容器在684 W·kg-1的功率密度下具有21.5 Wh·kg-1的高能量密度，在10 A·g-1的電流密度下經(jīng)5 000次循環(huán)后電容保持率為99%。

沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料(ZIF)是一類具有沸石結(jié)構(gòu)的MOFs材料。Ma等[7]采用浸漬法在碳布上成功合成了鈷基ZIF-67，其電活性物質(zhì)負(fù)載量可以很容易地通過改變Co2+的濃度來(lái)調(diào)節(jié)，基于鈷基ZIF-67的混合超級(jí)電容器在2 mA·cm-2的電流密度下面積比電容達(dá)1 756 mF·cm-2，在電流密度高達(dá)50 mA·cm-2時(shí)可保留其初始電容的76%，而且經(jīng)15 000次充放電循環(huán)后電容保持率為103%。

1.2 Ni-MOF

鎳基材料是重要的電化學(xué)儲(chǔ)能材料。Sheberla等[8]合成了一種Ni-MOF粉末，該Ni-MOF粉末由基于共軛π鍵的二維層狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，而且直徑約1.5 nm的一維圓柱狀通道貫穿其中，因?yàn)榫哂辛己玫膶?dǎo)電性能以及離子傳輸性能，電導(dǎo)率高達(dá)5 000 S·m-1，可以在不使用導(dǎo)電添加劑或其它粘合劑的情況下直接壓制成超級(jí)電容器的電極，其面積比電容約為18 μF·cm-2，超過了大多數(shù)基于碳材料的電容器，并且經(jīng)10 000次循環(huán)后電容保持率大于90%。這也是第一個(gè)完全由純MOFs活性材料(沒有加入碳活性材料)制備的超級(jí)電容器范例。

Du等[9]合成了由多層納米片構(gòu)成的Ni-MOF，其多孔結(jié)構(gòu)可以通過反應(yīng)物配比來(lái)調(diào)節(jié)，由納米片構(gòu)成的分層多孔結(jié)構(gòu)可以為電化學(xué)反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)出色的電化學(xué)性能。該Ni-MOF在30 A·g-1的高電流密度下仍有649 F·g-1的高比電容，并且具有63.4%的良好倍率性能；基于該Ni-MOF的不對(duì)稱超級(jí)電容器的能量密度達(dá)21.05 Wh·kg-1，功率密度為6.03 kW·kg-1，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

Zhang等[10]使用均苯三甲酸部分替代對(duì)苯二甲酸配體制備了改性的Ni-MOF，均苯三甲酸的引入可以誘導(dǎo)形成花團(tuán)狀球體，嵌入到納米片層中間形成復(fù)合插層結(jié)構(gòu)。花團(tuán)狀球體不僅可以防止納米片層結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚，而且球體上的納米線狀結(jié)構(gòu)可以提供豐富的氧化還原反應(yīng)位點(diǎn)；另外，引入均苯三甲酸配體后，提高了氫氧根離子的吸附性能，進(jìn)而改善電極材料的可逆氧化還原動(dòng)力學(xué)。該Ni-MOF在1 A·g-1的電流密度下比電容為920 F·g-1，并且具有良好的倍率性能和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。該項(xiàng)工作為通過調(diào)控MOFs的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)以改善超級(jí)電容器的電化學(xué)性能提供了新的思路。

1.3 Cu-MOF

鈷和鎳是鋰電池等二次電池開發(fā)的重要原材料，儲(chǔ)量有限且價(jià)格昂貴。相對(duì)而言，銅是一種比較經(jīng)濟(jì)的原材料，研究人員也在嘗試將Cu-MOF應(yīng)用于超級(jí)電容器的制備。Xiong等[11]合成了鹵素橋聯(lián)的雙核Cu-MOF并用作超級(jí)電容器的電極活性材料，得益于鹵素和氫氧根離子的引入，該Cu-MOF具有較高的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5 A·g-1的電流密度下比電容達(dá)1 148 F·g-1，以10 A·g-1的電流密度循環(huán)2 000次后電容保持率為90%。Li等[12]在碳布上可控生長(zhǎng)合成的Cu-MOF納米線陣列具有超高的孔隙率和出色的電導(dǎo)率，不需要額外加入導(dǎo)電添加劑和粘合劑即可直接用作超級(jí)電容器電極，面積比電容約為22 μF·cm-2，超過了大多數(shù)以多孔碳為基礎(chǔ)的固態(tài)超級(jí)電容器。

化學(xué)氣相沉積(CVD)方法為合成MOFs材料提供了新的途徑，但是，大多數(shù)CVD方法僅限于使用氣態(tài)有機(jī)前體。Du等[13]提出了一種雙溫區(qū)CVD輔助方法，采用固態(tài)有機(jī)配體在Cu箔上原位合成Cu-MOF納米線陣列；基于該Cu-MOF的對(duì)稱超級(jí)電容器在0.5 A·g-1的電流密度下面積比電容為41.1 μF·cm-2，是大多數(shù)碳材料的2～5倍。該方法解決了CVD法合成的MOFs中有機(jī)配體高升華溫度與MOFs低分解溫度的矛盾，拓展了MOFs基超級(jí)電容器的制備策略。

1.4 稀土金屬M(fèi)OFs

稀土金屬元素具有獨(dú)特的氧化還原特性，其氧化物被廣泛應(yīng)用于電容器的設(shè)計(jì)中，近年來(lái)，研究人員也嘗試將稀土金屬M(fèi)OFs直接應(yīng)用于超級(jí)電容器的開發(fā)。Liu等[14]以間苯二甲酸-5-磺酸鈉為配體合成了La-MOF，罕見的是磺酸基的2個(gè)氧原子參與了配位，該La-MOF在pH值2～13的寬范圍內(nèi)均顯示出優(yōu)異的水穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在電流密度為0.5 A·g-1時(shí)具有213 F·g-1的比電容，經(jīng)2 000次循環(huán)后電容保持率仍達(dá)92%，表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性。Xia等[15]利用一種三芳基胺類配體H3TCBPA和Tb(Ⅲ)合成了一種TbⅢ-MOF。TCBPA3-配體高度扭曲橋接金屬中心，形成了一個(gè)有著一維菱形通道的非互穿結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電解質(zhì)的快速擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移，使TbⅢ-MOF具有出色的超級(jí)電容性能，在電流密度為1 A·g-1時(shí)具有346 F·g-1的高比電容，經(jīng)2 000次循環(huán)后仍有93%的高電容保持率。Dezfuli課題組[16]以富馬酸和草酸為配體合成了一種具有更好電容性能的Tb-MOF，在1 A·g-1的電流密度下比電容為510 F·g-1，經(jīng)4 000次循環(huán)后仍有91.9%的電容保持率；該課題組還以富馬酸和草酸為混合配體合成了Eu-MOF[17]，在1 A·g-1的電流密度下比電容為468 F·g-1，經(jīng)4 000次循環(huán)后仍有95.2%的電容保持率。這些研究表明，基于鑭系元素的MOFs是極具前景和競(jìng)爭(zhēng)力的超級(jí)電容器電極材料。

1.5 其它單金屬 MOFs

Yan等[18]提出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)合成棒狀V-MOF(MIL-47)，在電流密度為0.5 A·g-1時(shí)比電容為572.1 F·g-1；MIL-47可用于水性固態(tài)不對(duì)稱超級(jí)電容器的組裝，在70.35 mW·cm-3的功率密度下顯示出6.72 mWh·cm-3的出色能量密度，表明MIL-47是有潛力的超級(jí)電容器電極材料。Gao等[19]首先合成雙金屬Zn/Zr-MOF作為前體，去除其中的Zn-MOF得到了分層多孔的Zr-MOF(HP-UiO-66)，得益于其分層多孔結(jié)構(gòu)較大的比表面積、孔體積以及豐富的表面缺陷，在0.2 A·g-1的電流密度下比電容為849 F·g-1，是采用普通方法合成的UiO-66的8倍；基于HP-UiO-66的不對(duì)稱超級(jí)電容器在240 W·kg-1的功率密度下能量密度為32 Wh·kg-1。該方法為開發(fā)新型的MOFs基超級(jí)電容器提供了通用策略。Kannangara等[20]采用液-液界面反應(yīng)，以對(duì)苯二胺為有機(jī)配體合成了層狀的Mn-MOF，將其作為正極與石墨碳負(fù)極組成的混合超級(jí)電容器具有約109.3 F·g-1的比電容，最高功率密度為6.0 kW·kg-1，最高能量密度為34.2 Wh·kg-1，經(jīng)5 000次循環(huán)后電容保持率高達(dá)97%。該方法操作簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)單、耗能少，可以在室溫下進(jìn)行，并且引入了一種新的有機(jī)配體，開辟了制備MOFs基超級(jí)電容器的新思路。

2 雙金屬M(fèi)OFs

引入第二金屬離子可以合成雙金屬M(fèi)OFs。雙金屬M(fèi)OFs的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以通過改變金屬離子的比例來(lái)調(diào)控，由于雙金屬的協(xié)同效應(yīng)，雙金屬M(fèi)OFs可能具有更卓越的電容性能[21]。根據(jù)其合成方法及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，雙金屬M(fèi)OFs可以分成很多種，下面只簡(jiǎn)單介紹具有類似固溶體結(jié)構(gòu)的雙金屬M(fèi)OFs在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

2.1 NiCo-MOF

Gao等[22]采用水熱法合成了具有中空結(jié)構(gòu)的NiCo-MOF，鈷離子部分取代了Ni-MOF結(jié)構(gòu)中的鎳離子，不僅導(dǎo)致結(jié)晶度降低，而且導(dǎo)致MOFs的結(jié)構(gòu)從楊梅狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠压睿惠^低的結(jié)晶度增強(qiáng)了導(dǎo)電性，蒲公英狀球表面上分散的納米棒也有利于離子傳輸，這些都增強(qiáng)了電容性能；該NiCo-MOF在電流密度為1 A·g-1時(shí)比電容為758 F·g-1，在10 A·g-1時(shí)電容保持率為89%，經(jīng)5 000次循環(huán)后電容保持率為75%，表現(xiàn)出了良好的倍率性能和循環(huán)壽命；基于該NiCo-MOF的不對(duì)稱超級(jí)電容器在800 W·kg-1的功率密度下具有20.9 Wh·kg-1的高能量密度。Li等[23]合成了由二維納米片結(jié)構(gòu)組裝而成的3D繡球狀NiCo-MOF，具有良好的晶體結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性；與單金屬Ni-MOF相比，雙金屬NiCo-MOF具有較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻和離子擴(kuò)散勢(shì)壘，在電流密度為0.5 A·g-1時(shí)比電容達(dá)1 056.6 F·g-1，在10 A·g-1的高電流密度下仍具有457.7 F·g-1的比電容，顯示出良好的倍率性能。Wang等[24]以4,4′-聯(lián)苯二甲酸(BPDC)為配體合成了NiCo-MOF，它具有一維納米棒包覆的納米長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，經(jīng)高電流密度充放電激活后，在電流密度為1 A·g-1時(shí)比電容達(dá)990.7 F·g-1，在20 A·g-1時(shí)比電容仍有405.0 F·g-1。與單金屬的Ni-MOF和Co-MOF相比，NiCo-MOF在較低的電流密度下具有更高的容量，這歸因于其較低的固有電阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻以及離子擴(kuò)散阻抗。這些研究表明，NiCo-MOF是有潛力的超級(jí)電容器電極材料。

2.2 其它Co基雙金屬M(fèi)OFs

Chul等[25]研究了Co/Zn(物質(zhì)的量比)對(duì)CoZn-MOF電容性能的影響，當(dāng)Co/Zn為1∶1時(shí)，所合成的CoZn-MOF比表面積最大，熱穩(wěn)定性較好，在電流密度為0.2 A·g-1時(shí)具有30 F·g-1的比電容，經(jīng)2 000次循環(huán)后電容保持率為91.7%。Kazemi等[26]合成了CoMn-MOF并用作超級(jí)電容器的電極材料，顯示出較大的比表面積和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，面積比電容為1.318 F·cm-2，當(dāng)施加的電流密度從1 A·g-1增至5 A·g-1時(shí)，電容保持率超過50%，經(jīng)3 000次循環(huán)后電容保持率超過85%，表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)壽命；基于CoMn-MOF的不對(duì)稱超級(jí)電容器在2 285.7 W·kg-1的功率密度下有30 Wh·kg-1的能量密度。Seo等[27]在泡沫鎳上自組裝合成了CoMn-MOF納米粒子，具有大的比表面積、良好的孔隙率以及混合離子價(jià)態(tài)；由于納米粒子直接生長(zhǎng)在集電器上，降低了電阻，并為離子擴(kuò)散提供了充足的空間；基于兩種金屬離子的協(xié)同作用，CoMn-MOF在3 mA·cm-2的電流密度下顯示出1 176.59 F·g-1(2.76 F·cm-2)的高比電容，由其制備的混合超級(jí)電容器在2 000 W·kg-1的功率密度下具有57.2 Wh·kg-1的能量密度，經(jīng)5 000次循環(huán)后仍具有93.51%的出色電容保持率。該工作為直接利用雙金屬M(fèi)OFs超級(jí)電容器的研究提供了一定的指導(dǎo)。Rajak等[28]在室溫條件下通過慢擴(kuò)散技術(shù)以混合配體合成了具有新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的納米棒狀Na2Co-MOF；由于鈉離子的摻入和混合配體顯著增加了MOFs的復(fù)雜性并產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，Na2Co-MOF在4 A·g-1的電流密度下具有321.8 F·g-1的高比電容，在高達(dá)16 A·g-1的電流密度下比電容保持率仍達(dá)78.9%，經(jīng)5 000次循環(huán)后電容保持率達(dá)97.4%，顯示出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該工作表明，混合配體、金屬摻雜是簡(jiǎn)單而有效的策略，能夠合成結(jié)構(gòu)和功能多樣的MOFs用作超級(jí)電容器電極材料，留出更多的空間以便引入導(dǎo)電添加劑來(lái)改善性能。

3 二維MOFs

二維納米材料具有大的比表面積、開放的活性位點(diǎn)、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等特點(diǎn)，將MOFs與二維結(jié)構(gòu)結(jié)合能夠最大限度地利用表面活性位點(diǎn)、促進(jìn)電荷傳遞，在超級(jí)電容器領(lǐng)域有著光明前景。

3.1 二維單金屬M(fèi)OFs

Zheng等[29]合成了超薄的二維Co-MOF納米片；得益于其超薄結(jié)構(gòu)，離子擴(kuò)散長(zhǎng)度大幅縮短，該納米片在0.5 A·g-1的電流密度下具有1 159 F·g-1的比電容，經(jīng)6 000次循環(huán)后電容保持率達(dá)96.7%，優(yōu)于許多其它基于金屬氧化物的電容器。該工作為探索廉價(jià)有效的高性能超級(jí)電容器的電極材料提供了啟示。Shinde等[30]水熱合成了二維層狀結(jié)構(gòu)的Mn-MOF納米片，在電流密度為1 A·g-1的情況下，比電容為567.5 mAh·g-1(面積比電容為10.25 F·cm-2)；基于該納米片的混合超級(jí)電容器在441 W·kg-1的功率密度下比電容為211.37 F·g-1，體積比電容為3.32 F·cm-3，能量密度為66 Wh·kg-1，經(jīng)10 000次循環(huán)后電容保持率為81.2%。Li等[31]采用氨基配體在鎳泡沫上直接合成了Co-MOF納米片陣列，并直接用作無(wú)粘合劑的超級(jí)電容器電極；氨基官能團(tuán)改善了電極的親水性，二維納米片表面有豐富的電化學(xué)活性位點(diǎn)，這些因素的綜合作用降低了電阻，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高了電容性能；該納米片陣列在三電極系統(tǒng)中的面積比電容為1 861 μAh·cm-2，以其制備的混合超級(jí)電容器在1.70 mW·cm-2的功率密度下可提供0.351 mWh·cm-2的高能量密度，經(jīng)5 000次循環(huán)后具有91.8%的出色電容保持率。該工作為開發(fā)電化學(xué)儲(chǔ)能用二維MOFs納米片提供了新的策略。

3.2 二維雙金屬M(fèi)OFs

Chen等[32]在硝酸鈷溶液中蝕刻N(yùn)i-MOF微球，合成了花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)的NiCo-MOF納米片，在電流密度為1 A·g-1和10 A·g-1時(shí)比電容分別為1 220.2 F·g-1和986.7 F·g-1，經(jīng)3 000次循環(huán)后電容保持率為87.8%，表現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。Zhang等[33]將混合金屬和獨(dú)特二維結(jié)構(gòu)相結(jié)合，采用一鍋法水熱合成了二維NiCo-MOF納米片，其比電容在電流密度為1 A·g-1時(shí)為568 C·g-1，在10 A·g-1時(shí)為455 C·g-1，經(jīng)3 000次循環(huán)后電容保持率為75.5%，具有出色的比容量、良好的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。Wang等[34]在泡沫鎳表面原位合成了一種自支撐的三角形NiCo-MOF納米片陣列；電極活性材料與泡沫鎳的緊密結(jié)合有助于電子從電極快速轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電基底，排列良好的MOF納米片陣列能提供更豐富的電活性區(qū)域，同時(shí)兩種金屬離子的協(xié)同作用增強(qiáng)了導(dǎo)電性并創(chuàng)建了更多的活性位點(diǎn)，與Ni-MOF或Co-MOF納米片陣列相比，NiCo-MOF具有更出色的電容性能；當(dāng)Ni/Co(物質(zhì)的量比)為3∶2時(shí)，NiCo-MOF在1 A·g-1的電流密度下比電容為2 230 F·g-1，超過了大多數(shù)MOFs基電極材料；制備的混合超級(jí)電容器在375 W·kg-1的功率密度下具有34.3 Wh·kg-1的能量密度。這些結(jié)果表明，雙金屬NiCo-MOF納米片陣列在超級(jí)電容器應(yīng)用中有巨大的潛力，為未來(lái)高性能電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的方向。

4 展望

高電導(dǎo)率、大比表面積、電解質(zhì)容易擴(kuò)散等都是制備高效超級(jí)電容器的必然要求，具有出色孔徑和結(jié)構(gòu)功能可調(diào)控的MOFs材料是目前公認(rèn)的最具潛力的超級(jí)電容器材料之一。MOFs材料的可控多孔結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)勢(shì)，如低密度和大比表面積等，而且其氧化還原活性金屬中心具備顯著增加贗電容的潛力。目前已經(jīng)報(bào)道了許多MOFs材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用，這些MOFs材料具有不同金屬中心、不同有機(jī)配體或不同微觀形狀(粒、棒、片等)。然而，將MOFs材料用于超級(jí)電容器依然是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，常面臨電導(dǎo)率不高、循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題。除了將MOFs材料與其它材料復(fù)合使用以提高性能外，設(shè)計(jì)具有特定成分、結(jié)構(gòu)和形貌的MOFs材料也是重要的途徑。如調(diào)整MOFs材料內(nèi)部的金屬中心或有機(jī)配體，可以豐富內(nèi)部的電子傳輸途徑、提高電荷轉(zhuǎn)移能力；為了促進(jìn)電解質(zhì)離子的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)，可以設(shè)計(jì)具有大孔或空隙等通道結(jié)構(gòu)的MOFs材料，并選擇合適的電解質(zhì)以匹配MOFs材料中的活性金屬簇；在合成過程中引入其它金屬離子以形成混合金屬M(fèi)OFs材料，不僅能提供額外的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且可以提供更豐富的氧化還原反應(yīng)，改善金屬離子之間的電荷轉(zhuǎn)移；為了進(jìn)一步增進(jìn)電極活性物質(zhì)之間的接觸，可以采用直接在集流體表面原位生長(zhǎng)的方法合成MOFs材料，或者合成納米線陣列或超薄的二維納米片結(jié)構(gòu)。總之，盡管在將MOFs材料廣泛應(yīng)用于實(shí)際超級(jí)電容器之前仍有許多問題需要解決，但其在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域依然有著光明的前景，隨著研究的深入，必然能夠開發(fā)出基于MOFs材料的、同時(shí)具有高功率密度和高能量密度的超級(jí)電容器。