华南师范/南京师范兰亚乾教授课题组Angew：光诱导聚合制备具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S电池隔膜材料- 大数跨境

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华南师范/南京师范兰亚乾教授课题组Angew：光诱导聚合制备具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S电池隔膜材料

科学材料站

2021-02-04

导读：本文提出了一种光诱导热辅助加工法（PHAP），可以将MOF进行多维度加工得到各种高分子复合器件（比如纤维、中空管、双面中空管和双层/三层膜等）。

文章信息

光诱导聚合制备具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S电池隔膜材料

第一作者：高广阔，王艺蓉，王思博

通讯作者：陈宜法*，兰亚乾*

单位：华南师范大学，南京师范大学，哈尔滨理工大学，南京师范大学常州研究院

研究背景

Li-S电池由于其具有高理论比容量（1675 mAh g-1）和高理论能量密度（2600 Wh kg-1）的优点近年来受到了广泛关注，并且由于低成本和丰富的硫储量已被认为是新一代电池技术的候选者之一。但是Li-S电池仍然存在着一些技术难点，比如S正极在充放电时形成的多硫化物（Li2Sn; n = 2-8）会导致严重的穿梭效应、Li+或者电解质传递引起的电池极化和锂枝晶等。

这些技术难点会导致Li-S电池性能低、循环稳定性差以及电池安全等问题。这些技术难点中的大多数与隔膜的作用密切相关，研究新型高性能的隔膜材料对于Li-S电池的开发应用具有重要的价值和意义。

文章简介

近日，华南师范大学/南京师范大学的兰亚乾教授课题组提出了一种光诱导热辅助加工法（PHAP），可以将MOF进行多维度加工得到各种高分子复合器件（比如纤维、中空管、双面中空管和双层/三层膜等）。这一方法能够同时结合高分子聚合物和MOF的优点，制备得到的多样化的器件材料具有出色的强度、柔韧性、相容性和自修复性能等。

这其中通过多维度加工可以制备得到具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S隔膜材料，基于这类隔膜材料组装得到的Li-S电池具有高锂离子传导、多硫化物阻隔和低的电池极化等特性，表现出优异的电池性能。

图1 Li-S电池中各种基于不同孔道结构的隔膜的示意图。

本文要点

要点一：首次提出了一种光诱导热辅助加工法将MOF加工成各种高分子复合器件（比如纤维、中空管、双面中空管和双层/三层膜等），拓展了MOF的加工方法和形式。

要点二：基于这种光诱导热辅助加工法，可以将两种不同孔道结构的MOF材料进行多维度加工得到具有梯级孔道的三层隔膜材料，具有比单层膜、双层膜和商业化PP更为优异的隔膜性能。

要点三：结合对梯级孔道隔膜的大量表征，揭示了这类三层隔膜材料性能优异的可能机理，为新型Li-S电池高性能隔膜材料的设计提供了参考。

文章链接

Stepped Channels Integrated Li-S Separator via Photo-induced Multi-dimensional Fabrication of Metal-Organic Frameworks

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202016608

通讯作者介绍

兰亚乾教授.

华南师范大学/南京师范大学教授，博士生导师。长期致力于晶态材料在能源领域的应用探索。2009年获得东北师范大学物理化学博士学位，2010-2012年日本学术振兴会（JSPS）博士后，日本产业技术综合研究所（AIST）关西中心外国人特别研究员。独立工作后获第四批国家“万人计划”科技创新领军人才、国家优秀青年科学基金、江苏省“双创团队”领军人才、江苏省杰出青年基金、江苏省“双创计划”高层次人才、江苏省特聘教授等人才称号。担任Inorganic Chemistry、EnergyChem、Scientific Reports、结构化学、无机化学学报等期刊编委或顾问编委。近五年来以通讯作者在Nat. Commun. (3)、J. Am. Chem. Soc. (7)、Angew. Chem. Int. Ed. (11)、Adv. Mater. (1)、Matter (2)、Chem (2)、Natl. Sci. Rev. (2)、JACS Au等期刊上发表通讯作者论文130余篇。论文被他引14000多次， ESI高引论文22篇，个人H-index 63，2020年度科睿唯安 “高被引科学家”（化学）。

陈宜法副教授.

南京师范大学化学与材料学院副教授，硕士生导师。2018年获得北京理工大学无机化学博士学位（导师：王博教授），2018年6月加入南京师范大学。获得过北京市优秀毕业生，中国颗粒学会优秀博士生论文奖等。长期致力于金属有机骨架材料的加工成型材料在能源和环境领域的应用探索。近五年来以一作和通讯作者在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem、Nano Energy、CCS Chem.、Science Bulletin等期刊上发表SCI论文20余篇；主持国家、省部级等各类项目5项；担任《聊城大学学报》青年编委，J. Am. Chem. Soc.、Inorg. Chem.、JMCA等期刊审稿人。

第一作者介绍

高广阔博士研究生.

哈尔滨理工大学博士研究生，导师马慧媛教授。2018年12月至今于南京师范大学化学与材料科学学院联合培养，导师兰亚乾教授。主要研究方向为MOF及多酸材料在Li-S电池隔膜及电解质领域的研究。目前，以第一作者身份在Angew. Chem.，Adv. Sci.等学术期刊上发表SCI研究论文。

王艺蓉博士研究生.

王艺蓉博士，南京师范大学博士研究生（导师兰亚乾教授）。主要研究方向是基于晶态材料的CO2电还原催化剂的制备及性能研究。目前，以一作和共一身份在Nat. Commun.，Angew. Chem., Nano Energy, Adv. Sci., Science Bulletin等学术期刊上发表SCI研究论文。

王思博，南京师范大学化学与材料科学学院2018级本科生.

大一暑期进入兰亚乾教授课题组学习，主要研究方向为MOFs基材料在锂硫电池方面的应用。在老师及课题组其他成员的指导下参与大学生创新创业训练项目，以共同第一作者发表论文：Angewandte Chemie International Edition （1篇）

课题组介绍

课题组自2012年底成立以来，主要致力于以团簇化学和配位化学为研究导向，设计合成结构新颖且稳定的晶态材料用于光、电、化学能等相关清洁能源领域的转化与应用。研究内容涉及多酸（POMs）、金属有机团簇（MOCs）、金属有机框架（MOFs）以及共价有机骨架材料（COFs）的合成与应用。目前，课题组已在光电催化领域包括水裂解反应，CO2还原、氧还原反应（ORR）以及质子导电和固态电解质材料方面等取得一系列重要进展。相关研究在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Matter、Chem、Chem. Soc. Rev.等国际知名期刊上发表论文200余篇。团队目前有导师4名，博士后7名，博士12名，硕士25名。