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共價有機骨架（COFs）是鋰離子電池有前途的電極材料。然而，嵌入在COF中的氧化還原活性位點的利用通常受到塊狀生長材料的低本征電導率的限制，導致電化學性能不佳。

在此，英國利物浦大學Andrew I. Cooper, Laurence J. Hardwick等人開發(fā)了一種通用策略，通過將COF與碳納米管 (CNT) 集成來提高基于COF的電極的能量存儲能力。這些COF復合材料具有豐富的基于氧化還原活性 2,7-二氨基-9,10-菲醌(DAPQ)基序、強大的β-酮烯胺鍵和明確定義的介孔。

復合材料（DAPQ-COFX, 其中X = wt% CNT) 是通過原位縮聚制備的，具有管型核殼結構，在CNT表面上有緊密生長的COF層。

圖1. 原位生長合成DAPQ-COF和CNT復合材料的方案

這種協(xié)同結構設計可實現(xiàn)卓越的電化學性能：DAPQ-COF50顯示95%的氧化還原活性位點利用率、長循環(huán)穩(wěn)定性（2000 mA g^-1時3000次循環(huán)后容量保持率為76%）和超高倍率能力（50 A g^-1時容量保持率為58%）。

這一倍率相當于≈11 s (320 C) 的充電時間，意味著DAPQ-COF50對高功率電池具有極好的前景，其倍率性能優(yōu)于之前所有報告的含羰基的有機電極一個數(shù)量級。事實上，這種功率密度和快速充放電時間可以與電化學電容器相媲美。

圖2. DAPQ-COFX復合材料的電化學性能

Integrated Covalent Organic Framework/Carbon Nanotube Composite as Li-Ion Positive Electrode with Ultra-High Rate Performance, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101880

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