鉀離子電池（PIB）電極材料的開發對于促進其在下一代儲能系統中的應用至關重要。盡管金屬有機框架（MOFs）是吸引人的電極材料，但其在PIBs中的性能不盡如人意，MOFs飽和配位的低K⁺吸附能（ΔEa）可以解釋其有限容量。

在此，山東大學吳昊教授等人制備了V₂CT_x（T_x=末端原子）MXene衍生的MOF納米片并解鎖了部分節點，從而增強K⁺存儲能力。之前的研究表明，MXene在制備納米尺寸MOF方面優于其他可溶性金屬前體，因為具有高電負性的均質末端原子能夠使有機配體快速去質子化，從而與下面的金屬原子結合。在這項工作中進行的具體實施方案基于以下論點：

1）2D MXene用作金屬前驅體，其與2D MOF納米片和K⁺插層釩酸鹽納米帶在幾何上兼容；

2）使用高度π共軛的大平面卟啉配體（H₂TCPP）構建2D MOF，確保離散域的高電子電導率；

3）熱重分析結合質譜（TGA-MS）用于了解解鎖MOF節點所需的條件。節點解鎖的MXene 衍生MOF（NMD-MOF）負極表現出高比容量（在0.05和0.5 A g^-1下分別為250 和185 mAh g^-1），大大超過了原始的MXene衍生MOF（MD-MOF）。

圖1. MD-MOF解鎖過程的示意圖

為了闡明NMD-MOF中K⁺存儲增強的機制，作者基于DFT進行了表面靜電勢的模擬和K⁺的ΔEa的計算。結果表明，未鎖定的節點位置更有利于K⁺吸附，這證實了NMD-MOF電極的增強的K⁺存儲能力。此外，由于完整的π共軛鏈段、主導的電容控制動力學和促進NMD-MOF的電荷轉移，NMD-MOF負極表現出良好的倍率性能（5 A g^-1時為106 mAh g^-1）和出色的循環穩定性（800次循環后容量保持率為86.3%）。

同時，由NMD-MOF負極和MXene衍生的K_xV₂O₅ （MD-KVO）正極組裝的PIB在50 mA g^-1時具有令人鼓舞的63 mAh g^-1的優異容量，且表現出出色的能量密度（143 Wh kg^-1）和功率密度（440 W kg^-1）。總之，MXene衍生電極材料的制備和結合位點激活的解鎖節點策略可能會促進對用于儲能裝置的高活性電極材料的進一步研究。

圖2. NMD-MOF負極和MD-KVO正極組裝的PIB全電池性能

Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200113