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原長洲/秦國輝Angew: 用于高效儲鉀的聚二萘嵌苯二酰亞胺正極的有機-無機雜化工程

聚二萘嵌苯二酰亞胺（PDI）作為一種典型的共價有機骨架，因其豐富的氧化還原結構單元、有序的骨架和豐富的納米孔而在鉀的儲存中脫穎而出，但具有電導率低、可逆活性位有限、穩定性差等缺點。

在此，青島科技大學秦國輝副教授及濟南大學原長洲教授等人首次設計了一種獨特的層次化有機-無機雜化材料（PDI@Fe-Sn@N-Ti₃C₂T_x），其中雙金屬Fe和Sn原子（Fe-Sn）和納米級的PDI通過強烈的化學作用均勻地分布在N-Ti₃C₂T_x中。

引入的N-Ti₃C₂T_x有利于提高PDI的電子導電性，為Fe-Sn的均勻沉積提供了錨定位點，并使PDI更易于與K⁺接觸。而極化的Fe-3d和Sn-5s軌道將高自旋電子從Fe-Sn輸運至N-Ti₃C₂T_x和PDI，導致PDI的最高占據分子軌道（HOMO）填充率較高。

圖1. PDI@Fe-Sn@N-Ti₃C₂T_x的合成及表征

由于其幾何特性、較強的配位相互作用、電子極化和成分協同作用，使得雜化體系具有更接近的氧化還原活性位點和加速的動力學行為。因此，PDI@Fe-Sn@N-Ti₃C₂T_x復合正極在可逆容量、倍率容量和循環穩定性方面表現出了優異的儲鉀性能。

此外，基于PDI@Fe-Sn@N-Ti₃C₂T_x的PIB在極低的工作溫度下也表現出良好的靈活性和強大的適應性，突出了其作為穩定而低成本的PIB正極的巨大應用前景。

圖2. PDI@Fe-Sn@N-Ti₃C₂T_x復合正極的電化學性能

Organic-Inorganic Hybridization Engineering of Polyperylenediimide Cathodes for Efficient Potassium Storage, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202110261

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