金属有机框架（MOFs）是由金属原子为中心和有机配体所构建，具有大的比表面积，丰富的孔结构，可功能化调控修饰形貌。特别是，沸石咪唑酸盐骨架（ZIF）结合了沸石和 MOF 的优点，具有优异的电化学特性和热稳定性， 由过渡金属中心Co或zn和咪唑配体组成，产生其膨胀的沸石拓扑结构。然而，大多数原始 ZIF的电化学稳定性和活性仍然较差，无法满足电化学储能应用的高要求。其中金属离子交换引起了广泛的关注，金属离子在溶剂作用下使MOF发生了轻微的形变，也影响MOF的配位模式发生变化，以调整双金属MOF的化学结构、表面官能团和晶体性质。此外，离子交换还能通过增加比表面积和活性位点构建快速的电解质离子传输通道，有利于充放电过程中氧化还原反应的动态动力学。

此项研究中，我们共同设计了一种三维自组装六芒星形ZIF-L结构，三维（3D）构型大大减少了二维（2D）层状材料的自聚集。由于Ni²⁺和CO²⁺配位能力的不同，通过在乙醇的作用下，在离子交换的作用下产生了大量活性位点。还可以通过控制 Ni 掺杂量来合成中空结构，使其具有快速的传质/扩散速率，显著提高了Ni-ZIF-L电极的比电容和循环稳定性。Ni-ZIF-L-40电极具有高比容量（0.5 A g⁻¹时为568.9 F g⁻¹）和长循环稳定性（在5 A g⁻¹下5000次循环后保留率为89.5%）。采用活性炭构建的Ni-ZIF-L-40//AC不对称超级电容器也表现出优异的循环稳定性（在5A g⁻¹下4000次循环后保留率为91.1%）。该研究为电化学储能应用于高性能纳米材料的合成和设计提供了新的思路。

图1. Ni-ZIF-L的合成示意图。

图2. 图 2. a1）ZIF-L、b1）Ni-ZIF-L-20、c1）Ni-ZIF-L-40、d1）Ni-ZIF-L-60、e1）Ni-ZIF-L-80 的SEM；a2）ZIF-L、b2）Ni-ZIF-L-20、c2）Ni-ZIF-L-40、d2）Ni-ZIF-L-60、e2）Ni-ZIF-L-80 的 TEM；f）Ni-ZIF-L-40 的 HAADF-STEM 图像和相应的元素图谱。

图 3. a) 不同样品的 XRD 曲线和 b) FT-IR 曲线；c) ZIF-L 和 Ni-ZIF-L-40 的 O 1s XPS 光谱；d) ZIF-L 和 Ni-ZIF-L-40 的 Co 2p XPS 光谱；e) ZIF-L 和 Ni-ZIF-L-40 的 Ni 2p XPS 光谱；f) ZIF-L 和 Ni-ZIF-L-40 的 N₂ 吸附-解吸等温线。

图 4. 在三电极系统中，ZIF-L、Ni-ZIF-L-20、Ni-ZIF-L-40、Ni-ZIF-L-60 和 Ni-ZIF-L-80 电极的电化学性能。a) 5 mV s^-1 时的 CV 曲线；b) 电流密度为 0.5 A g^-1 时的 GCD 曲线；c) 电流密度为 0.5 至 5.0 A g^-1 时的比容量；d) 所制备电极的奈奎斯特图（插图：部分放大）；e) Ni-ZIF-L-40 在扫描速率为 10 至 100 mV^-1 时的 CV 曲线；f) Ni-ZIF-L-40 在电流密度为 0.5 至 5.0 A g^-1 时的 GCD 曲线。 e) Ni-ZIF-L-40 在扫描速率为 10 至 100 mV s^-1 时的 CV 曲线；f) Ni-ZIF-L-40 在电流密度为 0.5 至 5.0 A g^-1 时的 GCD 曲线；g) Ni-ZIF-L-40 的对数峰值电流与对数扫描速率图；h) Ni-ZIF-L-40 的电容贡献；i) ZIF-L 和 Ni-ZIF-L-40 在电流密度为 5 A g^-1 时5000 次 GCD 循环的长循环稳定性。

图 5. Ni-ZIF-L-40//AC 不对称超级电容器装置的电化学性能： a) Ni-ZIF-L-40//AC ASC 的结构图；b) 成功点亮 LED 二极管的不对称超级电容器装置；c) 不同扫描速率下的 CV 曲线；d) 不同电流密度下的 GCD 曲线；e) 对数峰值电流与对数扫描速率曲线图；f) 电容贡献曲线图；g) 电流密度为 5 A g^-1 时，5000 次 GCD 循环的长期循环稳定性。

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课题组招聘

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（2）有较好的研究基础和英语基础，原则上需以第一作者在SCI期刊上发表研究论文2篇或IF〉5.0或一区研究论文1篇；

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Shi X, Lu Y, Zhang G, et al. Enhancement of active sites and stability by ion exchange in 3D ZIF-L for electrochemical energy storage. Nano Research, 2025, 18(5): 94907379. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907379.