锂金属以其超高的理论容量（3860 mAh g-1）和极低的还原电位（-3.04 V）而成为当今能源科学领域的研究热点。然而，严重的枝晶生长和不稳定的固体电解质界面阻碍了它们的实际应用。研究发现，带有亲锂官能团的三嗪基的共价有机框架材料在锂离子均匀传输和沉积方面具有很大的潜力。
然而，大多数已经报道的共价三嗪框架结晶性较低，这严重影响了固体电解质界面层的机械强度。此外，具有可调整结构和功能且含有多种亲锂性有机官能团的多组分共价三嗪框架至今尚未用于锂金属电池领域，尤其是界面保护。
近日，上海大学的王勇教授团队以理论预测为指导，将具有部分电负性通道的多组分共价三嗪框架作为保护层，用于调节锂金属电池的界面稳定性。
与传统的共价三嗪框架相比，多组分共价三嗪框架具有以下优点：（ⅰ）通过一个节点和两个连接体成功将氟取代和非取代单元集成在三嗪核心的边缘芳香环单元上，不仅有利于 HOMO和LUMO能级的有效分离，而且增强了供体-供体-π-受体的相互作用和分子内电荷转移（推拉效应）。（ⅱ）F 取代可调节相邻碳原子的电子云分布，引导更大的偶极矩（强大的内置电场），最大限度地增强层间相互作用。(ⅲ) 多组分共价三嗪框架具有有序的多孔结构和充分暴露的亲锂位点（C-F 键、三嗪核、C=N 基团和芳香环），有助于构建可持续的锂离子传输高速通道，使锂离子以更小的阻力均匀通过。
通过理论计算和各种原位表征揭示了多组分共价三嗪框架上均匀锂沉积和低锂离子迁移障碍的特定锂离子导向通道和机理。结果表明其多孔结构中丰富的官能团（C-F 键、三嗪核、C=N 基团和芳香环）的充分暴露可以调节电子结构，提高亲锂性，改善脱溶过程并有效抑制电解液的分解，从而降低锂离子的扩散阻力并提高机械性能。
最后，多组分共价三嗪框架改性的锂金属负极有效抑制了锂枝晶的形成，显著提高了对称电池的循环稳定性和全电池在大电流长循环中的容量保持率和倍率性能。该工作不仅拓宽了共价有机框架结构的可调功能性，而且为高稳定性锂金属界面层的分子设计和研究提供了一种有前景的解决方案。
论文信息
Covalent Triazine Based Frameworks with Donor-Donor-π-Acceptor Structures for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries
Xiao-Meng Lu, Haichao Wang, Yiwen Sun, Yi Xu, Weiwei Sun, Yang Wu, Yifan Zhang, Chao Yang, Yong Wang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202409436
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