金属有机框架（MOFs）在锂离子电池（LIBs）中的应用较少，主要原因在于其金属节点与有机配体之间的完全配位。
2024年11月10日，山东大学吴昊、孙吉凯团队在Angewandte Chemie International Edition期刊发表题为“Design of Ligand‐Nonbridging Sites in Metal‐Organic Frameworks for Boosting Lithium Storage Capacity”的研究论文，团队成员孙兰菊为论文第一作者，孙吉凯、吴昊为论文共同通讯作者。
该研究通过将缺少桥接功能的调节剂引入配体中，揭示了MOFs中非桥接缺陷位点在调控储锂性能方面的作用。研究人员将完全桥接配位的原始MOF（p-MOF，以四（4-羧基苯基）卟啉为配体）与包含非桥接缺陷的改性MOF（d-MOF，以三（4-羧基苯基）卟啉引入缺陷）进行对比。光谱分析和冷冻低剂量电子显微技术验证了d-MOF中非桥接缺陷位点的存在，并揭示了其局部结构。密度泛函理论DFT计算表明，d-MOF的非桥接位点具有显著增强的Li⁺吸附能和更低的Li⁺迁移能垒，相比之下，p-MOF的完全桥接位点的Li⁺吸附能则较低。因此，d-MOF展现出优异的储锂性能，在0.05 A g⁻¹下达到了761 mAh g⁻¹的高容量，并在5 A g⁻¹下保持203 mAh g⁻¹的出色倍率性能，远超p-MOF。该研究凸显了通过非桥接缺陷调控MOFs在开发高性能LIBs方面的潜力。
该研究通过将缺少桥接功能的调节剂引入配体中，探索了MOFs中非桥接缺陷位点在提升储锂能力方面的作用。作为概念验证，选择了完全桥接的原始MOF（p-MOF，以TCPP配体为主），并利用同系配体5,10,15-三（4-羧基苯基）-20-苯基卟啉（TrCPP）作为调节剂，在MOF中引入非桥接缺陷（d-MOF）。尽管TrCPP每个配体缺少一个羧基，其结构与TCPP相似，使得d-MOF能够保持一致的拓扑结构。通过光谱学和低温电子显微表征，证实了d-MOF中配体非桥接位点的存在。此外，密度泛函理论DFT计算表明，与p-MOF相比，d-MOF中电子分布更不均匀，非桥接位点周围的电子密度更高。值得注意的是，d-MOF中Li⁺的吸附能（ΔEa）在非桥接位点显著提高，且迁移能垒显著低于p-MOF，从而加速了Li⁺的扩散动力学。因此，d-MOF表现出卓越的比容量，在0.05 A g⁻¹下达到了761 mAh g⁻¹，并在5 A g⁻¹下实现203 mAh g⁻¹的出色倍率性能，显著优于p-MOF的储锂性能。这些发现突显了在MOFs中构建非桥接缺陷位点以优化其锂电性能的潜力。
总之，研究人员设计了一种缺少桥接功能的调节分子TrCPP，用其在MOFs中构建了非桥接缺陷位点。精心设计的TrCPP与同系配体TCPP结构相似，即使在较高用量下，d-MOF的基本框架仍与p-MOF保持一致。这一明确的结构变量使得非桥接缺陷位点与Li⁺储存性能之间的关联得以揭示。研究人员结合XAFS和冷冻低剂量TEM等表征手段，证实了非桥接缺陷位点的存在并揭示其局部结构。DFT计算显示，非桥接缺陷位点的Li⁺吸附能（ΔEa）相较于p-MOF的完全桥接位点有所提高，而Li⁺迁移能垒显著降低。因此，含有非桥接缺陷位点的d-MOF展现出显著优于p-MOF的Li⁺储存性能。该研究明确了非桥接缺陷位点在提升MOFs储锂容量中的关键作用，并为高性能MOFs的设计提供了宝贵见解。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
