金属有机框架材料（MOF），通过有效的改性策略可以提升其导电性和稳定性，使其在电化学能量存储与转化中表现一些特殊的性能。通过3D打印技术可以改善MOF材料电化学性能和机械柔性。团队构建了3D打印不对称超级电容器最终实现了高的面积比电容和优异能量密度（Adv. Mater., 2023，202211523.）。MOF的分子通道可以用作包裹和锚定金属前体的笼子，这一特性使MOF成为理想的限域载体。基于此思想，设计了具有良好化学成分和理想结构的MOF衍生物（Adv. Mater., 2023，202301011.; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202216089.）。在无序的多组分体系中，大构型熵（HE）通常可以稳定晶体结构，促进其化学和结构多样性。因此，将HE引入普鲁士蓝类似物（PBA）中，构建了高性能Li-S电池（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e 202209350.）。金属掺杂可以在保留原始拓扑结构的同时，利用金属协同效应提高导电性、增加活性位点，基于此思想，设计开发了一系列微纳米化的MOF（Adv. Mater., 2022, 202201779.; Adv. Mater., 2021, 33, 2105163.）。基于微纳米化产生小尺寸效应、晶面取向生长形成各向异性的配合物纳米晶体、表面缺陷或不饱和配位、双配体策略和软硬酸碱原则，设计了更具稳定性的MOF材料（Adv. Mater., 2022, 34, 2107836; Natl. Sci. Rev., 2021, doi: 10.1093/nsr/nwab197.；Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 305-314.）。MXene材料具有独特的二维层状结构、高导电性和亲水表面，与其杂化将获得更具优势的复合材料，团队对其深入开展了超级电容器的研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116282; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 25318.）。以配合物框架纳米晶体为模板煅烧制备的材料，往往是一些多孔金属氧化物、多孔碳材料、甚至还出现杂原子（氮、磷、硫）掺杂材料，具有优异电化学特性。基于此思想，开发了一系列具有良好氧析出反应活性的纳米材料（Nano Lett., 2021, 21, 3016−3025; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1800886.）此外，基于二维材料具有柔韧性、薄度和透明性等优点，也深入开展了电化学储能研究（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605784.）。

近日，庞欢教授团队报道了利用空间限域方法将具有不同价态的金属离子限域在准微立方形苯并咪唑钴骨架(CoZIF9)中的合成策略，并探究了其衍生碳材料在电容去离子（CDI）中的应用。该研究成果发表在Advanced Materials, 2023, doi:10.1002/adma.202301011。

单一金属活性位点的ZIFs衍生碳材料在溶液中插入/提取离子的能力较弱，电双层小且电容低，阻碍了实际应用。通过空间限域的方法，在不改变原有结构的前提下，将金属离子限域在MOFs的框架中。由于它们的协同作用，将赋予材料新的功能。此外，高温碳化破坏了MOFs原有的配位平衡，碳材料中额外金属离子的存在可能会产生新相，加速Na⁺的插入/提取，从而增加电化学吸附。并且引入金属离子的价态和浓度不同，在电化学应用中可能发生各种氧化还原反应。这两种特性都能提高其电化学性能，特别是作为CDI电极时。

在本研究中，将一系列Mⁿ⁺（Mⁿ⁺=Mg²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Ti⁴⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Ba²⁺、Ce⁴⁺）限域在CoZIF9的框架内。可以在保留原始拓扑结构的同时调整掺杂金属离子的类型和比例。电化学结果及理论计算表明，与其他离子相比，Ti离子限域到碳基体中，因其特殊的锐钛矿晶面，有利于钠离子嵌入和脱出，从而显著提高了原有材料的CDI性能。本研究为利用MOF材料进行金属离子限域合成提供了一种通用方法。此外，它还促进了MOF衍生碳材料在水处理和能源领域的发展，具有广阔的应用前景。

文章信息：Shuai Cao, Yong Li, Yijian Tang, Yangyang Sun, Wenting Li, Xiaotian Guo, Feiyu Yang, Guangxun Zhang, Huijie Zhou, Zheng Liu, Qing Li, Mohsen Shakouri, Huan Pang*. Space-Confined Metal Ion Strategy for Carbon Materials Derived from Cobalt Benzimidazole Frameworks with High Desalination Performance in Simulated Seawater. Adv. Mater., 2023, doi:10.1002/adma.202301011.

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202301011