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華科王成亮Angew: 創(chuàng)紀(jì)錄的超高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命水系鋅有機(jī)電池

水系鋅離子電池（ZIBs）在下一代儲(chǔ)能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，已報(bào)道的ZIBs電極材料存在容量低、循環(huán)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

在此，華中科技大學(xué)王成亮教授等人通過將醌和吩嗪結(jié)合為多活性中心，構(gòu)建了一種小分子 π-共軛六氮雜萘醌（HATNQ），該分子具有515 mAh g^-1的高理論容量。研究表明，由于存在大量的羰基和C=N基團(tuán)作為極性基團(tuán)且具有電子供體，HATNQ有望誘導(dǎo)可能的 CH···π 或氫鍵并與π-π堆疊一起。

因此，HATNQ可以通過平面內(nèi)相鄰分子之間的多個(gè)氫鍵（CH···O）與平面外的π-π相互作用形成2D層狀超分子結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了電荷轉(zhuǎn)移、不溶性和快速離子傳輸通道，以實(shí)現(xiàn)電池的快速充放電。

圖1. HATNQ的合成過程示意圖及表征

因此，HATNQ電極具有超高容量（0.2 A g^-1時(shí)為482.5 mAh g^-1）和5 A g^-1 時(shí)超過10000次的出色循環(huán)性能，優(yōu)于已報(bào)道的有機(jī)電極材料并創(chuàng)造了ZIB水溶液中有機(jī)正極容量的新紀(jì)錄。

由于HATNQ材料中的O···Zn···N配位比其類似物（六氮雜萘，HATN）更有利，二維超分子結(jié)構(gòu)也增強(qiáng)了Zn²⁺/H⁺的存儲(chǔ)能力，從而提高了Zn²⁺存儲(chǔ)對(duì)H⁺的競(jìng)爭(zhēng)力。這些結(jié)果為水系ZIBs提供了一種具有創(chuàng)紀(jì)錄的超高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命的有前途有機(jī)正極材料，并將為ZIBs在大規(guī)模儲(chǔ)能中的潛在應(yīng)用鋪平道路。

圖2. HATNQ電極的電化學(xué)性能

Two-dimensional Organic Supramolecule via Hydrogen Bonding and π-π Stacking for Ultrahigh Capacity and Long-Life Aqueous Zinc-Organic Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202116289

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