共价有机框架材料（COFs）是一类高比表面积、长程有序结构和可以调节功能化的新型结晶多孔聚合物。由于COF通过共价键连接，具有刚性和扩展性的框架，因此COF在各种溶剂中都表现出优异的稳定性包括有机电解质，COF网状结构暴露出很多的氧化还原活性位点，用于电解质注入和离子/电子传输。最近，与传统的小型有机化合物电极相比，COF作为锂离子电池的电极材料，具有更好的电化学性能。总体而言，阳极的容量在很大程度上取决于可接近的Li⁺相互作用位点浓度和COF的导电性。由于其密集的二维层状结构，COF内部可访问的活性位点被深埋，导致氧化还原活性位点不能充分利用，可逆容量降低。此外，由于较差的电子导电性和缓慢的锂扩散动力学限制它们的进一步应用。

在先前的研究基础上，中原工学院先进材料研究中心实验室米立伟教授团队，设想通过控制在碳纳米管（CNT）原为生长上不同厚度的COF层来提高COF的活性位点的利用率以及导电性。COF/CNT复合材料可以提供更多暴露和可访问的氧化还原活性位点，用于获得快速Li⁺扩散动力学和相应的大容量。

首先作者以溶剂热法在10mL的pyrex管中加入1,3,5-三甲酰基氯代苯三酚（Tp）和吡嗪-2,5-二胺（DA）为单体，均三甲苯、1,4-二氧六环为溶剂和 6M乙酸为催化剂。将混合物超声处理10分钟，以确保该体系分散。通过三次冷冻-泵-解冻循环冷冻和脱气，将管子密封，然后在120℃的温度下加热72小时。经过过滤、洗涤和干燥处理得到红色固体（COFs），产率为73%。

随后以相同的方法在10mL的pyrex管中加入1,3,5-三甲酰基氯代苯三酚（Tp）、吡嗪-2,5-二胺（DA）和碳纳米管（CNT）为单体，均三甲苯、1,4-二氧六环为溶剂和 6M乙酸为催化剂。将混合物超声处理10分钟，以确保该体系充分分散。通过三次冷冻-泵-解冻循环冷冻和脱气，将管子密封，然后在120℃的温度下加热72小时。经过过滤、洗涤和干燥处理得到黑色固体，得到相应的COF@CNT-1（26%Wt CNT）和COF@CNT-2 (36%Wt CNT)。

随后将上述材料进行PXRD、BET、SEM、TEM等表征，可以看到它们具有很好的结晶性、较大的比表面积，同时COF均匀的负载在CNT上具有不同的厚度。随后作者分别将上述材料作为负极材料装配成锂离子电池进行电化学测试。

通过在电压窗口为0.01-3.0V的伏安循环法可以看到TP-DA-COF和COF@CNT具有很相似的曲线，具有相同电位的氧化还原峰位点，面积最小的为COF,而面积最大的为COF@CNT-2。这是因为CNT的本质是导电增强电荷的传输能力，阻抗也是最低为118Ω。在相同的0.1A g^-1的电流密度下，COF@CNT-2经过100圈的循环稳定在570mA h g^-1高比容量。经过倍率循环和1A g^-1的大电流密度循环中，可以看出材料的循环稳定性，库伦效率也接近100%。虽然，TP-DA-COF本身较低的导电性和密集的堆积结构，使Li⁺和电解质难以到达堆叠框架内活性位点，通过加入CNT来控制COF层的厚度，既增强了导电性也使深埋的活性位点暴露，增强氧化还原的可逆反应，增加其比容量，库伦效率也接近100%。

在工作中，米立伟教授团队成功的通过溶剂热法原位生长COF@CNT复合材料，电化学性能于TP-DA-COF相比有显著的提高。实现了在1A g^-1的电流密度下具有373mA h g^-1的容量和接近100% 的库伦效率。电化学性能的显著提升可能是因为CNT可以暴露更多的活性位点和更好的导电性，缩短了离子/电子的扩散距离，增强了Li⁺的插入/萃取动力学。

这一成果近日发表在Journal of Materials Chemistry A 上（DOI：10.1039/d1ta09433e），中原工学院先进材料研究中心硕士杨修贝为该文章第一作者，中原工学院先进材料研究中心翟黎鹏老师、黄超老师和米立伟教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金（批准号21671205，U1804126，21771164, 52103277，U1804129），河南省科技创新人才引进计划（204200510014），中国重点科技项目（212102210208），河南省高校科技创新人才培养方案（22HASTIT030）、河南省自然科学基金（212300410319）的资助。