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鋁離子電池 (AIB) 因其優(yōu)越的安全性和長(zhǎng)壽命的能量存儲(chǔ)的有前景的特性而引起人們的興趣。具有工程活性基團(tuán)的有機(jī)材料被認(rèn)為有希望提高儲(chǔ)能能力。然而，相應(yīng)的能量密度（需要電壓平臺(tái)和足夠的活性位點(diǎn)）和穩(wěn)定性仍然較差。

由于存在芳香族 π 共軛平面大環(huán)，卟啉在最高占據(jù)分子軌道 (HOMO) 和最低占據(jù)分子軌道 (LUMO) 之間保持小間隙，從而通過(guò)快速電子吸收和釋放實(shí)現(xiàn)高氧化還原活性。北京理工大學(xué)的宋維力、焦樹強(qiáng)教授等人將π-共軛有機(jī)卟啉分子，即即5,10,15,20-四苯基卟啉（H₂TPP）和5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（H₂TCPP）作為 AIBs 的正極材料。

圖1 Al-卟啉電池的電化學(xué)性能

由于與鋁絡(luò)合物陽(yáng)離子高度可逆的配位/解離，H₂TPP在 200 mA g^-1下表現(xiàn)出超過(guò)5000次循環(huán)的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。與H₂TCPP的比容量（100 mA g^-1時(shí)≈24 mA hg^-1）相比，H₂TPP的增強(qiáng)能力（100 mA g^-1時(shí)≈101 mA hg^-1）歸因于去除了羧基官能團(tuán)，其在降低通過(guò)吸電子效應(yīng)誘導(dǎo)的卟啉的堿性中起作用。此外，還研究了AlCl₂⁺與卟啉之間的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及電極表面的離子擴(kuò)散行為。研究結(jié)果為開(kāi)發(fā)用于安全穩(wěn)定儲(chǔ)能的長(zhǎng)效有機(jī)鋁電池搭建了平臺(tái)。

圖2 H₂TPP和H₂TCPP電極材料的動(dòng)力學(xué)分析

圖3? H₂TPP的表征和DFT計(jì)算

Stable High-Capacity Organic Aluminum–Porphyrin Batteries. Advanced Energy Materials. 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101446

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?北京理工AEM: 穩(wěn)定的大容量有機(jī)鋁-卟啉電池

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