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華科王成亮Angew: 創(chuàng)紀錄的超高容量和長循環(huán)壽命水系鋅有機電池

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

在此，華中科技大學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基團作為極性基團且具有電子供體，HATNQ有望誘導可能的 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)，從而增強了電荷轉(zhuǎn)移、不溶性和快速離子傳輸通道，以實現(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時為482.5 mAh g^-1）和5 A g^-1 時超過10000次的出色循環(huán)性能，優(yōu)于已報道的有機電極材料并創(chuàng)造了ZIB水溶液中有機正極容量的新紀錄。

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)也增強了Zn²⁺/H⁺的存儲能力，從而提高了Zn²⁺存儲對H⁺的競爭力。這些結(jié)果為水系ZIBs提供了一種具有創(chuàng)紀錄的超高容量和長循環(huán)壽命的有前途有機正極材料，并將為ZIBs在大規(guī)模儲能中的潛在應用鋪平道路。

圖2. HATNQ電極的電化學性能

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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