碳納米管（CNTs）具有獨特的中空管狀結構，可以作為一種微反應容器，將小分子活性物種限制在其管道中進行電化學性能反應。然而致密的管壁和細長的管徑結構在很大程度上束縛了內部活性物質和電解液離子的有效擴散和電子傳輸。因此開發多孔的中空碳納米材料成為提高新型金屬二次電池的亟需材料。

近日，我校錢金杰課題組通過對In-MOF熱裂解過程中配體脫羧和氧化銦納米顆粒氧化還原反應的調控，進而形成的液態金屬銦通過熔聚和重力作用從碳納米內腔中聚集流出形成空腔，從而獲得中空結構的多孔碳材料（HCNS）。這種納米秸稈形狀的HCNS催化劑具有遠高于CNTs的電化學交換能力。HCNS具有更多的電荷活性位點、短而快速的電子和離子傳輸途徑，以其獨特的內腔和管壁上相互連接的多孔結構，成功獲得新一代高性能理想正極材料。其中，HCNS/I0.5展現出優于商業CNTs材料的高比容量（484.9 mAh g-1@1 A g-1）和較好的倍率性能。在此基礎上組裝的鋅碘電池在1 A g-1時提供了246.6 mAh g-1的高容量，保證了電解液中碘物質的吸附和溶解平衡，極大地提高了該電池的倍率和循環性能，從而獲得了優異的容量保持率。

文章要點:

1.In-MOF衍生多等級中空納米碳材料HCNS大大縮短了電子和離子的傳輸路徑。

2.大比表面積的碳骨架具有高電子導電性，可實現超快電荷轉移。

3.引入獨特的Nafion陽離子交換層，有效限制陰離子擴散，提高比容量和循環效率。

因此，本研究工作為鋅離子電池和鋰離子電池等高比能量二次電池的未來發展提供一種通用多孔的中空碳材料載體的可控制備策略。這一研究結果以“In-MOF-Derived Hierarchically Hollow Carbon Nanostraws for Advanced Zinc-Iodine Batteries”為題發表在《Advanced Science》，溫州大學作為第一通訊單位，2020屆研究生柴路路為第一作者，溫州大學錢金杰副教授、北京化工大學潘軍青教授和加拿大西安大略大學孫學良院士為共同通訊作者，該工作得到國家自然科學基金（21601137）、中國科學院結構化學國家重點實驗室（20190008）、溫州市基礎科學研究項目（G20190007，ZG2017027）、溫州大學研究生科研基金（316202001022）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202105063