分子工程化IL@UiO-66纳米填料增强PEO基复合聚合物电解质的锂离子传导机制研究

本文创新性地将离子液体(IL)封装于金属有机框架(UiO-66)中构建IL@MOF纳米填料，通过系统优化LiTFSI盐含量(0.5 g)、IL负载量(53 wt%)及填料比例(0.07 g)，使PEO基电解质在60°C下实现1.02×10-3 S cm-1的高离子电导率。结合FESEM、EIS和DFT计算，揭示了IL@UiO-66通过调控PEO链段运动、促进Li+解离及构建双相传导机制（IL辅助跳跃与聚合物动力学协同）的作用机理。

　　

Highlight
本研究开发了基于PEO的复合聚合物电解质(CPE)，通过引入分子工程设计的IL@UiO-66纳米填料显著提升锂离子传导性能。在筛选的多种离子液体-金属有机框架(IL@MOF)组合中，[BMIM][TFSI]@UiO-66在60°C下实现1.02×10^-3 S cm^-1的最高电导率，较纯PEO-LiTFSI体系(1.10×10^-6 S cm^-1)提升三个数量级。

Warburg Diffusion of Composite Polymer Electrolyte
图1a展示的奈奎斯特图(EIS测试结果)呈现典型的压扁半圆弧和斜线特征，可用恒相位元件(CPE)模型拟合。低频区的斜线对应Warburg扩散行为，表明离子传输受扩散控制。通过等效电路建模，计算出该CPE体系的离子电导率显著优于传统填料体系。

Conclusion
通过系统优化LiTFSI含量(0.5 g)、IL负载量(53 wt%)及IL@MOF添加量(0.07 g)，成功开发出高性能PEO基CPE。DFT计算表明，IL@UiO-66能重构PEO链的三齿配位结构，其[TFSI]^-阴离子通过氢键作用促进离子解离，最终形成"IL辅助跳跃+PEO链段运动"的双相传导机制。热分析证实填料使PEO结晶度降低62%，为锂离子创建快速传输通道。