在储能领域，锂离子电池占据了大部分市场份额，但亟需提高的能量密度，稀少的锂资源、钴资源使其大规模应用受到限制。因此，开发高比能、长寿命、低毒、低成本的下一代可充电电池具有重要意义。
在此，扬州大学庞欢、王赪胤、王天奕等人介绍了一种借助蛋白质的仿生钙化方法，用于原位合成氮掺杂金属有机骨架（MOF）材料。通过在成核步骤中利用蛋白质作为模板和导向剂，创造出了一系列独特的核壳结构，为壳层的生长创造了理想条件。为了进一步了解蛋白质和有机配体对MOF壳层形貌的影响，作者提出了针对金属离子的竞争机制。
通过系统的实验和分析，提出了一种通过控制钙化成核来构建独特前驱体结构的策略。经过碳化后，含蛋白质的前驱体展现出了优异的多孔特性、稳定性以及高氮含量。这些特性使其成为锂-硫电池（LSB）中极具潜力的硫宿主材料。电化学测试证实，仿生钙化辅助的三维碳质结构能够有效固定溶解的多硫化物，展现出强吸附及催化能力。
总之，该工作系统探究了通过生物蛋白模板化的仿生钙化原位合成高氮掺杂MOFs（包括PBAs）的普遍性，阐明了在不同条件下蛋白质与有机配体对金属离子的竞争相互作用。通过调节蛋白质浓度梯度，研究了碳化后的P@MOF作为正极载硫材料对LSB电化学性能的影响。
具体的形貌表征显示，尽管合成过程会受到反应温度、MOF尺寸以及有机配体等因素的影响，但MOF的生长过程仍受蛋白质引导，并将蛋白质包覆在其晶体结构内。P@MOF碳化后，BCC-MOF-x中的蛋白质残基为LiPSs的持续吸附和催化提供了额外的活性位点。电化学性能测试表明，增强的蛋白质包覆作用对LSB有积极影响。BCC-MOF-0.4的高氮含量显著提升了电池容量和催化性能。
因此，该工作为蛋白质介导的氮掺杂MOF的原位制备提供了重要指导，且代表了碳化仿生钙化材料在储能方面的首次应用。
图2. 电池性能
Protein‐Guided Biomimetic Calcification Constructing 3D Nitrogen‐Rich Core‐Shell Structures Realizing High‐Performance Lithium‐Sulfur Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202416268