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第一作者：Huilin Cui

通訊作者：支春義，梁國進

通訊單位：香港城市大學，中國科學院深圳先進技術研究院

論文速覽

本論文探討了醌基電極材料在水系儲能中的應用前景，尤其是其高理論比容量和高倍率性能。研究團隊發現，質子的存儲方式及其對醌電極電化學性能的影響尚未明確。

通過深入研究，揭示了質子存儲可以決定烯醇轉化的產物以及有機電極的電化學穩定性。特別是，質子傾向于與原型芘-4,5,9,10-四酮（PTO）陰極配位，通過調節電解液中的質子濃度，可以改善其工作電位和循環穩定性。

此外，使用硫酸鋁作為pH緩沖劑，可以將Zn||PTO電池的能量密度從242.8提高到284.6 Wh kg^?1。本研究強調了基于烯醇轉化反應的有機電極的質子存儲，并提高了它們的電化學性能。

圖文導讀

圖1：PTO電極在電解液中可能與有機羰基配位的離子，以及使用2 M ZnSO₄電解液對PTO陰極進行離子存儲行為的研究。

圖2：PTO電極在緩沖電解液中的Pourbaix圖（電位與pH值），以及不同質子濃度下PTO的電位、容量統計圖和恒流充放電曲線。

圖3：PTO電極在2 + 0和2 + 2電解液中的循環伏安曲線、恒流充放電曲線、倍率性能和循環性能。

圖4：PTO在2 + 2電解液中的反應機理。

圖5：Zn||PTO全電池在2 + 0和2 + 2電解液中的電化學性能。

總結展望

本研究通過電化學表征和EQCM-D測試，清晰地展示了PTO陰極中質子和Zn²⁺的配位行為，并揭示了質子存儲對電化學性能的影響。電解液中高濃度質子的引入，通過推動PTO烯醇轉化反應，形成更穩定的PTOH₄結構，從而實現了更高的電位、更好的倍率性能和循環穩定性。

通過使用Al₂(SO₄)₃作為電解液pH緩沖劑，不僅穩定了質子濃度，還有效防止了Zn陽極的析氫、枝晶生長和其他副反應。優化后的Zn||PTO電池在5000個循環后仍能保持93%的容量，且每循環的容量衰減率低至0.0013%，并提供了284.6 Wh kg^?1的能量密度。結合對有機電極存儲機制的進一步闡明，這項工作為提升有機電極材料的性能提供了指導。

文獻信息

標題：Regulating Protons to Tailor the Enol Conversion of Quinone for High-Performance Aqueous Zinc Batteries

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c03223

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