金属有机骨架（MOFs）作为一类多孔道高比表面的轻质材料作为电极材料极具潜质，其分枝导电MOF更是具有优于传统MOF的特性。近几年来，二维导电MOF（2D MOF）得益于有效的层层间的π–π堆积使其拥有较多的π–π 和π–d 轨道重叠，因此展现出了优异的导电性能。2D MOF作为电极材料也因此被应用于电化学电容器中。然而，基于2D MOF的电极材料尚未应用于微电容器，原因可能有以下几种：1. 大多数MOF都是粉体形式被制备出来，在器件制备中通常使用的热蒸镀，溅射以及刻蚀等过程会造成MOF的损坏。2. 导电MOF的选择性（需只与导电集流体结合）生长是很大的挑战。3. 绝大多数2D MOF并不能同时作为正极和负极工作（即对称型），使得制备工艺更加复杂。

近日，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的Husam N. Alshareef教授和Mohamed Eddaoudi教授合作，制备了一种基于导电MOF的微电容器。作者首先通过CO₂激光在PI膜上制备出LSG（激光剥离石墨烯）电极，然后通过对LSG表面改性并用作三维导电基底，接着用一步低温溶剂热法将导电2D MOF Ni-CAT纳米棒选择性地沉积在LSG上，形成LSG/Ni-CAT MOF复合电极材料。该电极材料可同时作为电容器的正极和负极，且展现出了远高于LSG的电化学性能（比电容，能量密度等）。同时，该复合电极也展现出了较好的倍率性能和循环稳定性。该成果以题为“Conductive Metal-Organic Frameworks Selectively Grown on Laser-Scribed Graphene for Electrochemical Microsupercapacitors”发表在《先进能源材料》期刊上（Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201900482），论文第一作者为KAUST博士后吴昊。

图1. LSG/Ni-CAT MOF复合电极材料制备流程及Ni-CAT结构示意图。(a)-(c) 电极制备过程；(d)-(g) 2D层状Ni-CAT结构示意图。

图2. 形貌及组分表征。(a), (b)分别为LSG和 LSG/Ni-CAT扫描电镜图；(c) LSG/Ni-CAT透射电镜图；(d), (e)分别为电子束垂直和平行于一维孔道的高倍透射电镜图； (f) XRD图谱；(g) FTIR 图谱。

图3. 水系电解液中电化学性能对比。(a) LSG/Ni-CAT作为正负极的CV图；(b) LSG/Ni-CAT不同工作电压区间CV图； (c) LSG和LSG/Ni-CAT 的CV对比图；(d) LSG和LSG/Ni-CAT 的充放电对比图。

该工作通过表面改性，选择性沉积导电MOF，并实现了将导电MOF作为电极材料应用于微电容器中。2D Ni-CAT MOF作为电极材料工作电压可以达到1.4 V，比电容高达15.2 mF cm^-2，能量密度和功率密度分别可以达到4.1 μWh cm^-2和7 mW cm^-2。该工作为导电MOF作为电极材料应用于微型电化学能量存储器件提供了参考。