由于地殼中鉀的含量較高以及成本低等優(yōu)勢，最近，鉀離子電池（potassium ion  batteries, PIBs）在儲能領(lǐng)域受到科研人員廣泛的關(guān)注。目前不同種類的碳材料被用在鉀離子電池的電極材料中，但由于鉀離子體積較大，在充放電過程中造成電極材料的體積膨脹，從而影響其循環(huán)穩(wěn)定性。為了提升鉀離子電池性能，需要在同時在多個尺度調(diào)控碳電極材料：包括原子級別均勻摻雜，納米尺度調(diào)控碳層間距以及介觀多孔結(jié)構(gòu)。

近日，上海大學(xué)王勇教授和東華大學(xué)李小鵬研究員合作，報道了以COFs材料為基礎(chǔ)，在多尺度條件下構(gòu)筑高性能鉀離子電池材料。在制備過程中，以共價有機框架材料（TPB-DMTP-COF）材料為載體，利用其多孔性質(zhì)，在孔中裝載六氟磷酸銨（AHF），進行碳化制備出電極材料（AHF@COF₁₀₀₀） （圖1）。AHF@COF₁₀₀₀具有非常高的比表面積（1017m²/g）,豐富的孔道結(jié)構(gòu)（孔容為1.02cm³/g）,以及較高的雜原子含量（5.83%）。更為重要的是，在碳化過程中，AHF的分解造成碳層間距的增加（0.40 nm）更有助于鉀離子的充放電。

電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，相比于直接碳化的COF材料（COF₁₀₀₀），AHF@COF₁₀₀₀具有更高的容量和倍率性能，以及更好的循環(huán)穩(wěn)定性。在以100 mA g^-1條件下充放電300圈之后，其可逆容量為350 mAh g^-1。在以1000 mA g^-1高電流條件下充放電2000圈之后，其可逆容量為179 mAh g^-1，高于大部分已報道的雜原子摻雜的碳電極材料。這樣的工作為基于COFs材料開發(fā)的主客體化學(xué)提供了新的思路。

相關(guān)工作發(fā)表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202000159)上。本文的**作者是中科院上海高等研究員徐慶博士。該項研究工作得到了上海市浦江人才計劃，國家自然科學(xué)基金，東華大學(xué)勵志計劃的支持。