碳纳米管（CNTs）具有独特的中空管状结构，可以作为一种微反应容器，将小分子活性物种限制在其管道中进行电化学性能反应。然而致密的管壁和细长的管径结构在很大程度上束缚了内部活性物质和电解液离子的有效扩散和电子传输。因此开发多孔的中空碳纳米材料成为提高新型金属二次电池的亟需材料。

 

近日，我院钱金杰课题组通过对In-MOF热裂解过程中配体脱羧和氧化铟纳米颗粒氧化还原反应的调控，进而形成的液态金属铟通过熔聚和重力作用从碳纳米内腔中聚集流出形成空腔，从而获得中空结构的多孔碳材料（HCNS）。这种纳米秸秆形状的HCNS催化剂具有远高于CNTs的电化学交换能力。HCNS具有更多的电荷活性位点、短而快速的电子和离子传输途径，以其独特的内腔和管壁上相互连接的多孔结构，成功获得新一代高性能理想正极材料。其中，HCNS/I_0.5展现出优于商业CNTs材料的高比容量（484.9 mAh g^-1@1 A g^-1）和较好的倍率性能。在此基础上组装的锌碘电池在1 A g^-1时提供了246.6 mAh g^-1的高容量，保证了电解液中碘物质的吸附和溶解平衡，极大地提高了该电池的倍率和循环性能，从而获得了优异的容量保持率。

文章要点:

1. In-MOF衍生多等级中空纳米碳材料HCNS大大缩短了电子和离子的传输路径。

2. 大比表面积的碳骨架具有高电子导电性，可实现超快电荷转移。

3. 引入独特的Nafion阳离子交换层，有效限制阴离子扩散，提高比容量和循环效率。

 

因此，本研究工作为锌离子电池和锂离子电池等高比能量二次电池的未来发展提供一种通用多孔的中空碳材料载体的可控制备策略。这一研究结果以“In-MOF-Derived Hierarchically Hollow Carbon Nanostraws for Advanced Zinc-Iodine Batteries”为题发表在《Advanced Science》，温州大学作为第一通讯单位，2020届研究生柴路路为第一作者，温州大学钱金杰副教授、北京化工大学潘军青教授和加拿大西安大略大学孙学良院士为共同通讯作者，该工作得到国家自然科学基金（21601137）、中国科学院结构化学国家重点实验室（20190008）、温州市基础科学研究项目（G20190007，ZG2017027）、温州大学研究生科研基金（316202001022）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202105063