先进的超级电容器电极需要开发具有嵌入导电和多孔骨架的致密氧化还原位点的材料。二维（2D）共轭金属有机骨架（c-MOFs）具有具有高的固有电导率、大的比表面积和准一维排列的孔阵列等优点，是一种很有吸引力的超级电容器电极材料。然而，目前报道的2D c-MOFs由于大的和氧化还原非活性的组成单元导致的低氧化还原位点密度，使得其仍具有不令人满意的比电容和窄的电位窗口。

近日，德国德累斯顿工业大学冯新亮教授，Minghao Yu，Renhao Dong报道了具有电化学活性的酞菁基2D c-MOFs （M₂[CuPc(NH)₈]，M =Ni或Cu）是一种新型的双氧化还原位点电极材料，具有大的比电容和宽的电位窗口，从而有利于构建高能SC器件。

文章要点

1）研究发现，所得到的层叠式2D c-MOFs由铜酞菁（CuPc）通过metal-bis(iminobenzosemiquinoid) （MN₄，M=Ni或Cu）配合物连接而成，具有清晰的准一维孔道（直径约为1.7 nm）。

2）研究人员通过电化学动力学分析结合密度泛函理论（DFT）计算揭示了M₂[CuPc(NH)₈]电极的双氧化还原位赝电容机理。具体而言，M₂[CuPc(NH)₈]中的CuPc单元为阴离子（SO₄^2-）在酞菁吡咯N上的吸附/脱附进行了大于0 V（vs Ag/AgCl）（3 M KCl）的法拉第氧化还原反应。同时，MN₄连接体在0 V以下（vs Ag/AgCl）发生法拉第氧化还原反应，使阳离子（Na⁺）在亚胺N上吸附/脱附。

3）实验结果表明，Ni₂[CuPc(NH)₈]电极表现出1.6 V（−0.8~0.8 V vs Ag/AgCl）的极宽电位窗口和高达400 F g⁻¹（0.5A g⁻¹）的高比电容。进一步使用Ni₂[CuPc(NH)₈]电极作为阳极和阴极组装的准固态对称SCs具有令人印象深刻的能量（51.6 Wh kg⁻¹）和功率密度（32.1 kW kg⁻¹）。

参考文献

Panpan Zhang, et al, Dual-Redox-Sites Enable Two-Dimensional Conjugated Metal−Organic Frameworks with Large Pseudocapacitance and Wide Potential Window, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03039

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03039