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Angew. Chem. :局域化配体促进多价金属离子在有机框架的超快插层电容行为2023-06-28
相较于传统的单价阳离子储存(M+,包括Li+, Na+, K+等),多价金属离子(Mvn+,n>1)的储存涉及多步电子转移。故对于具有相同离子储存位点(M+ vs. Mvn+)的电极材料而言,储存Mvn+原则上可提供更高的容量。

用于储存Mvn+的传统电极材料一般需要同时满足多个条件,包括材料骨架具有多电子氧化还原中心,以及Mvn+须与骨架活性位点的配位环境相匹配等。但即便电极材料满足上述条件,Mvn+的高电荷密度也会限制其电极动力学性能。此外,高电荷密度Mvn+的储存过程往往伴随着电极材料的不可逆相变,从而缩短了电极的长循环寿命。故如何突破传统Mvn+存储模式的限制,实现具有快动力学且长寿命的Mvn+储存是电化学储能领域一大挑战。

近日,华侨大学陈宏伟团队以有机框架材料为研究对象,通过局域化配体促进多价金属离子在有机框架的超快插层电容行为,从而实现了Zn2+和Ca2+的快速稳定储存。该有机框架材料实现了Zn2+可逆储存>45000圈,Ca2+可逆储存>20000圈,功率密度分别达到14和57 kW/kg,表现出稳定的长循环和优异的动力学性能。

 

 

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研究表明,该有机框架材料表现出与传统电极不同的Mvn+储存机制。即,插层Mvn+与框架内部局域化的阴离子和溶剂分子形成团簇,并稳定储存在框架近表面。这种发生于框架近表面的弱配位模式有效屏蔽了Mvn+的电荷密度,并能缓解电极材料在循环过程中的形变。得益于此,有机框架电极材料能够稳定存储Mvn+,并展现出超快的动力学性能。

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文信息

Localized Ligands Assist Ultrafast Multivalent-Cation Intercalation Pseudocapacitance

Luting Xie, Prof. Kui Xu, Wenlu Sun, Yingzhu Fan, Dr. Junyu Zhang, Dr Yixiao Zhang, Dr. Hui Zhang, Jun Chen, Prof. Yanbin Shen, Prof. Fang Fu, Dr. Huabin Kong, Prof. Guan Wu, Prof. Jihuai Wu, Prof. Liwei Chen, Prof. Hongwei Chen

华侨大学的硕士研究生解鹭婷和南京工业大学徐葵助理教授为文章的共同第一作者。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202300372

 

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