可充电水系锌离子电池（RZIBs）由于其低成本、无毒和安全性，为现有的锂离子电池提供了一个极有前途的补充。然而，锌负极存在不可控的锌枝晶生长和电解质腐蚀，导致其可逆性较差。
近日，复旦大学卢红斌教授，郭佳教授，上海理工大学彭成信副教授，澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授报道了基于二维（2D）共价有机骨架（COF）多功能平台，成功开发了一种具有高机械强度、超薄、多孔和氟化的COF（FCOF）薄膜，作为锌负极表面的保护层（FCOF@Zn）。
文章要点
1）研究人员采用溶剂热法制备了亚胺化的FCOF薄膜。在一个典型的过程中，两个单体（2，3，5，6-四氟对苯二甲醛（TFTA）和1，3，5-三(4-氨基苯基)苯（TAPB））在二恶烷/均三甲苯（D/M）混合物中溶解，然后在溶剂热管中以醋酸为催化剂进行缩合。
2）从Zn晶体表面能调节的角度出发，在FCOF薄膜中引入了大量的F原子。电负性F原子与其下的Zn原子表现出较强的相互作用，导致Zn(002)面上的表面能低于常规Zn(101)面上的表面能。因此，Zn沉积呈现出沿(002)面择优取向的片状结构，片状结构相互平行，形成平面状的锌沉积结构。此外，FCOF薄膜连续致密，与锌的结合力很强，在锌表面保持完好，提供持久的保护。同时，2D堆积和共价键合使薄膜具有优异的机械性能。该膜具有大于30 GPa的弹性模量，可以缓冲循环过程中Zn的体积膨胀。最后，FCOF膜具有超轻质量，超薄厚度（100 nm），在纳米尺度上可精确调节，不影响锌负极的质量或体积能量密度。
3）实验结果表明，FCOF@Zn负极在大电流密度范围内（5—80 mA cm−2）具有较长的循环寿命和良好的可逆性。在40 mA cm−2的超高电流密度下，FCOF@Zn对称电池的稳定性超过750 h。此外，与二氧化锰（MnO2）正极配对组装的全电池，在稀电解液、高面积容量正极和有限锌过剩的实际条件下，循环寿命稳定在250次以上。
4）这种2D COF合理设计也可用于其他无枝晶、长寿命和高安全性的金属负极电池（如锂、钠、钾和镁）。重要的是，所提出的抑制枝晶形成的稳定机制并不仅局限于FCOF，有望合理地指导先进隔膜和液/凝胶/固体电解质的材料设计，从而实现高能量密度电池。
参考文献
Zhao, Z., Wang, R., Peng, C. et al. Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries. Nat Commun 12, 6606 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-26947-9
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26947-9
