华侨大学材料学院陈宏伟

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近日，我校材料学院陈宏伟副教授课题组在国际顶级期刊JACS (Journal of the American Chemical Society)上发表了题为“Cationic Covalent Organic Framework Nanosheets for Fast Li-Ion Conduction”的研究论文。JACS由美国化学会创办于1879年，最新影响因子是13.858，是国际化学领域公认的顶级期刊，在领域内具有权威影响力。

随着科技的进步和社会的发展，人们对兼具高能量密度和高安全性的储能电池的需求日益增加。传统的储能电池一般使用液体电解质系统，包括水系或有机溶剂体系，前者电化学窗口窄，后者安全性差。研究人员正致力于构建具有更高比能量和安全性的下一代全固态储能电池。其核心工作之一是寻找具有高离子电导率的固态电解质材料，以替代目前的液体电解质。固态电解质是全固态储能电池高安全性、优异电化学性能等优势的来源，也是其技术发展的瓶颈。

图1. （a）示意图：中性骨架及离子骨架内的离子缔合状态示意图；（b）COFs结构示意图;（c）分子模型及样品TEM；（d）COFs在不同温度下的EIS谱图;（e）不同样品的Raman谱图；（f）不同样品的solid-state NMR谱图；（g）不同样品在1400-2000cm-1的FTIR谱图。

陈宏伟课题组针对如何促进基于COFs(Covalent Organic Frameworks)固态电解质内部离子对分离的关键问题，提出在COFs内引入离子骨架，提升有机框架的极化能力以促进离子对分离的策略（图1）。不同于传统中性有机框架的设计思路，研究人员设计制备了含胍阳离子的有机框架结构，同时引入锂盐LiTFSI以提供所需的离子源。在电场的作用下，这类有机框架上的离子基团易被电场极化形成极化中心，从而改变附近的离子对缔合状态，促进自由离子的形成。拉曼和其他光谱证明COFs中的TFSI-离子不再处于紧密络合状态。固体核磁7Li谱进一步表明所体系内存在相对更“自由”的Li+离子。材料的离子电导率可达2.09×10-4 S cm-1 （70 ℃）。结合DFT和光谱手段，研究人员对其离子传导性质开展了初步探讨。考虑到COFs丰富的设计性，此类固态电解质的离子电导率和电化学稳定性有望可以被进一步优化；此类材料也有望适用于其他金属离子（Na+，K+，Mg2+，Al3+等）的传导。此工作开拓了COFs在固态电解质领域的研究，对COFs材料设计和离子传导研究具有重要指导意义。

陈宏伟副教授于2017年3月加入华侨大学材料学院，其课题组致力于储能材料与器件的相关研究。此研究工作得到了国家自然科学基金，中科院先导专项, 华侨大学中青年教师科技创新资助计划的经费支持资助。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/jacs.7b12292