金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子或离子簇与有机配体通过配位键组装形成的多孔配位聚合物。由于其超高的比表面积、规则可调的孔道结构、及可裁剪的表面化学等诸多特性,MOFs材料在吸附分离、传感、催化、离子传导、能源存储等诸多领域具有广阔的应用前景。锂硫电池得益于高的比容量和能量密度、正极材料成本低廉、易于加工等诸多优点,使其极有可能成为下一代储能系统的候选方案,吸引了科研人员极大的兴趣。然而由于充放电过程中硫的体积膨胀,可溶性多硫化物的溶解而引起的“穿梭效应”导致实际放电比容量和循环性能大幅下降,严重阻碍了锂硫电池大规模应用。而利用MOF有序孔道结构对离子的选择性,有助于抑制多硫化物的穿梭效应,解决锂硫电池稳定性这一关键科学问题。在第一个章节中,我们将化学性质稳定、孔道高度有序的纳米UiO-66 MOF材料涂覆于商业化PP隔膜表面,得益于UiO-66结构对于可溶性多硫化物的物理限域和化学吸附,UiO-PP隔膜明显抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应,极大程度提升锂硫电池倍率性能和循环性能。目前为止,基于MOFs材料的离子传输的研究工作大多都是基于多晶共生或者物理压制的膜层,在其结构内部,不可避免地会存在晶界与缝隙,使得基于MOFs材料内部离子导通机制及本征传导速率的研究非常困难。在第二个章节中,我们首次实现了毫米尺度HKUST-1单晶材料的电化学器件的制备,系统测量了锂离子在HKUST-1单晶材料内部的传导速率及其随温度变化的关系,通过单晶结构解析、红外、ICP等测试表征手段,研究了锂离子在HKUST-1单晶内部的传输机制。同时该工作也为研究其他离子在MOFs材料内的传导及基于MOF材料的固态电解质提供了重要的借鉴意义。