8-羥基喹啉基有機(jī)框架材料在超級電容器中的電容性能

8-羥基喹啉（8-HQ）基有機(jī)框架材料多以金屬有機(jī)框架（MOF）形式用于超級電容器相關(guān)研究，雖少有直接作為電極材料的系統(tǒng)性電容數(shù)據(jù)，但這類材料可通過自身結(jié)構(gòu)特性或衍生、復(fù)合改性，在比電容、儲能密度、循環(huán)穩(wěn)定性等關(guān)鍵電容性能上展現(xiàn)優(yōu)勢，同時其缺電子特性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性也為電容性能調(diào)控提供了空間，以下是具體分析：

直接改性或復(fù)合后展現(xiàn)高儲能相關(guān)性能

提升復(fù)合材料擊穿場強(qiáng)與儲能密度：8-羥基喹啉自身作為極性缺電子物質(zhì)，可用于改性聚合物電介質(zhì)材料以適配電容器需求，例如西安交大團(tuán)隊(duì)將其物理引入聚丙烯（PP）中，8-羥基喹啉分子會積聚在PP晶粒邊界誘導(dǎo)晶粒生長，同時捕獲高電場下的注入電荷抑制漏電流，這使得PP/8-HQ復(fù)合材料擊穿場強(qiáng)顯著提升至814MV/m，室溫下放電能量密度達(dá)9.87J/cm³，放電效率超90%；即便在125℃高溫環(huán)境中，放電能量密度仍能保持6.96J/cm³，且放電效率達(dá)83%，還具備優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，這種性能提升為超級電容器的耐溫與儲能能力優(yōu)化提供了新思路。

衍生電極具優(yōu)異電催化與潛在電容基礎(chǔ)：8-羥基喹啉金屬配合物衍生的電極雖多用于催化反應(yīng)，但良好的電化學(xué)活性為其電容應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。如在泡沫銅表面負(fù)載的Co₀.₁Fe₀.₄-HQ/CF預(yù)催化電極，在1.0M KOH電解液中，10mA/cm²電流密度下過電勢僅247mV；經(jīng)長時間原位活化后，驅(qū)動相同電流密度的過電勢降至200mV。類似的Fe₀.₃Ni₀.₃-HQ/NF納米片狀電極，在293mV過電勢下即可實(shí)現(xiàn) 50mA/cm² 電流密度，且穩(wěn)定性出色。這類材料的低過電勢和高電流響應(yīng)特性，若適配超級電容器體系，有望通過氧化還原反應(yīng)貢獻(xiàn)贗電容。

結(jié)構(gòu)特性賦予電容性能優(yōu)化潛力

多孔結(jié)構(gòu)利于電荷存儲與離子傳輸：以8-羥基喹啉為配體合成的MOF材料本身具有大孔穴結(jié)構(gòu)和良好穩(wěn)定性，例如部分Zn-MOF、Co-MOF 對CO₂等小分子吸附性能優(yōu)異，這種多孔特性可類比高性能超級電容器電極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢 —— 大比表面積能提供更多電荷存儲位點(diǎn)，通暢的孔道結(jié)構(gòu)可減少電解質(zhì)離子傳輸阻力，降低電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻，這是提升比電容和充放電速率的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

分子結(jié)構(gòu)可調(diào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性調(diào)控：8-羥基喹啉金屬配合物的電學(xué)性能與其分子空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過調(diào)整金屬離子配位種類（如Co、Fe、Ni等），可調(diào)控分子的共軛程度與電荷傳輸能力。這和朱道本團(tuán)隊(duì)通過鹵素取代調(diào)控MOF導(dǎo)電性的思路類似，若對8-羥基喹啉基MOF進(jìn)行類似的官能團(tuán)修飾或金屬離子優(yōu)化，有望進(jìn)一步提升其電導(dǎo)率，解決純MOF材料導(dǎo)電性不足的問題，從而強(qiáng)化其電容性能。

類似體系參考凸顯應(yīng)用前景

與8-羥基喹啉基MOF結(jié)構(gòu)相近的大共軛配體 MOF 已展現(xiàn)出卓越電容性能，如含羥基取代的六苯并暈苯配體MOF中，氟取代的F-HBCOH-Cu在0.5A/g電流密度下比電容達(dá)943F/g，能量密度32.03Wh/kg。此外，氫醌（HQ）修飾的共價有機(jī)框架電極在0.10M H₂SO₄電解液中，面電容可達(dá)843mF/cm²，且10000次循環(huán)后容量保持率接近100%，這類含喹啉環(huán)或羥基的共軛框架材料的優(yōu)異表現(xiàn)，印證了8-羥基喹啉基有機(jī)框架材料通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，在超級電容器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高性能電容的巨大潛力。

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