孔道内壁含有功能基团的多孔MOFs的构筑及其锂离子传导性能

Solid state lithium ionic conduction materials are one of the key materials for new generational solid lithium batteries and lithium air batteries. Because of its diversity structures and porous features, MOFs are one of promising materials for developing solid electrolytes. Design and synthesis specific MOFs containing functional groups within its pores together with modification of these groups is one of the worthy approach to explore superior solid state Li+ ionic conduction materials. In this proposal, a series of porous coordination polymers containing uncoordinated carboxyl/hydroxyl groups in the pores (shown as MOFs-COOH or MOFs-OH) will be designed and synthesized. Furthermore, based on the principle of acid-base reaction, the as-prepared MOFs undergo post-synthesis modification, and porous coordination polymers such as MOFs-COOLi and MOFs-OLi will be obtained. After that we load a proper lithium ion-doped ionic liquid or lithium salt in the pores of MOFs and host-guest species such as Li+L-@MOFs-COOLi and Li+L-@MOFs-OLi will be prepared, which may have higher Li+ ion transfer number and predictable Li+ ion conductivity. This proposal will provide a new train of thought to design high performance solid Li+ ionic conduction materials.

固体锂离子传导材料是全固态锂电池及锂空气电池等新一代锂电池中的关键材料。MOFs由于其结构的多样性及多孔特性，是开发固体电解质的理想材料。设计合成孔道壁上具有特定功能基团的多孔MOFs并通过后修饰改性，是获得固体Li+离子传导材料的值得探索的途径。本项目设计合成孔道内壁含有未配位羧基/羟基的多孔配位聚合物MOFs-COOH和MOFs-OH，基于酸碱反应的原理（如通过与LiOH或LiOiPr的酸碱反应）进行后修饰，获得多孔配位聚合物MOFs-COOLi和MOFs-OLi。在此基础上再在其孔道中载入锂离子掺杂的离子液体或锂盐(Li+L-)，最终得到孔道内Li+离子浓度较高的物种Li+L-@MOFs-COOLi和 Li+L-@MOFs-OLi，从而增加孔道内Li+离子的传输数量，提高Li+离子传导能力。本项目为高性能固体Li+离子传导材料的设计提供了新的思路。

固体锂离子传导材料是全固态锂电池及锂空气电池等新一代锂电池中的关键材料。 MOFs 由于其结构的多样性及多孔特性，是开发固体电解质的理想材料。设计合成孔 道壁上具有特定功能基团的多孔 MOFs 并通过后修饰改性，是获得固体 Li+离子传导材料的值得探索的途径。本项目设计合成孔道内壁含有未配位羧基/羟基的多孔配 位聚合物 MOFs-COOH 和 MOFs-OH，基于酸碱反应的原理（如通过与 LiOH 或 LiOiPr 的酸碱反应）进行后修饰，获得多孔配位聚合物 MOFs-COOLi 和 MOFs-OLi。在此基 础上再在其孔道中载入锂离子掺杂的离子液体或锂盐(Li+L-)，最终得到孔道内Li+离子浓度较高的物种Li+L-@MOFs-COOLi 和 Li+L-@MOFs-OLi，从而增加孔道内 Li+ 离子的传输数量，提高 Li+离子传导能力。本项目为高性能固体 Li+离子传导材料 的设计提供了新的思路。获得的系列高性能固体Li+离子传导材料（离子导电率>10-3 S/cm, Li+离子迁移数>0.8, 电化学窗口>4.5 V），其综合性能指标与文献报道成果指标相比，处于领先水平。在项目执行期内发表高水平学术论文26篇，授权国家发明专利1件，获省部级自然科学一等奖1项。通过高水平的研究工作培养具有创新能力的博士生4名、硕士生2名，圆满完成了项目预定研究目标。