二維銅基金屬有機框架材料作為鋰硫電池正極材料的理論研究

＊王思奇 于姜超 江國亮 呂正雪 苑文揚 劉洪梅 李小龍

（臨沂大學 物理與電子工程學院 山東 276000）

鋰硫電池具有非常高的理論比容量（1675mAh/g）和能量密度（2600Wh/kg），而且具有硫儲量豐富、價格低廉、環境友好等優勢。因此，鋰硫電池是一種極具發展潛力的電化學儲能裝置[1]。但目前仍面臨許多挑戰，限制了其實際應用。例如正極中的單質硫電導率太低，且和鋰化產物Li2S2/Li2S密度差異大，存在明顯的體積膨脹。而中間產物多硫化鋰可溶于有機電解液，并穿過隔膜擴散至負極，在鋰電極表面發生自放電反應，形成穿梭效應，導致活性材料減少、電池容量損失和循環性能下降。

為了降低鋰硫電池中的穿梭效應，提高電池性能，需要使用導電性良好、高比面積的多孔材料作為正極，有效地負載單質硫和中間產物多硫化鋰[2]。為此，國內外學者們研究了大量正極材料，包括碳基材料（如石墨烯、碳納米管、多孔碳等）、二維非金屬材料（如黑磷、硼烯等）、金屬氧化物、過渡金屬二硫化物等。二維金屬有機框架材料（MOF）具有超高的比表面積和多孔結構[3]，有助于單質硫的負載并緩沖充電/放電過程中的體積膨脹。MOF中苯環上的離域電子可形成良好的平面共軛，使材料展現出優異的導電性。已有的理論研究預測一些二維導電的MOF適宜于作為鋰硫電池正極材料，例如：Cu與六巰基苯的配位聚合物[4]、基于金屬卟啉的MOF、過渡金屬與六氨基苯（HAB）的復合物。

實驗上可通過替換金屬離子和有機配體調控二維MOF的結構和導電性質。……