Angew. Chem. ：揭示吩噁嗪独特的可逆双电子转移过程/稳定的氧化还原中间体助力高性能水系锌电

可充电水系锌离子电池（ZIBs）因其理论容量高、资源丰富和安全性等优势，在下一代大规模储能领域展现巨大的应用潜力。研究人员们一直致力于开发高性能的ZIBs正极材料。其中，p型有机电极材料有限的电子转移决定了其较低比容量，这是阻碍其应用于高性能ZIBs的主要原因。为了克服这一挑战，促进多电子转移对提高p型材料的电荷储存能力至关重要。

近日，重庆大学的弘深青年教师宁皎邑、姚克欣教授和北京大学孟鸿教授合作，通过对吩噁嗪这类典型的p型共轭芳杂环化合物的氧化还原化学的全面研究，作者发现了一个新现象，即吩噁嗪在水系电解液中可以发生可逆的两电子氧化还原过程，显著区别于其在非水系电解液中不可逆的第二个氧化还原过程。

一系列的循环伏安法（CV）和密度泛函理论（DFT）计算证明，在水系三氟甲磺酸锌（Zn(OTf)₂）电解液中，第二个氧化过程产生的二价阳离子PNO²⁺可以被稳定。这一发现揭示了吩噁嗪在水系锌离子电池中实现多对电子储存的潜力。

同时，通过对其电子结构及芳香性研究发现，增强的芳香性有助于在氧化还原过程中获得优异的结构稳定性。此外，通过对其氧化还原机制的全面研究表明，其具有稳定的氧化还原中间体，包括具有电子离域特征的阳离子自由基PNO^·+和闭壳型二阳离子PNO²⁺，从而提高了稳定性并减少了自由基副反应的发生。

最终，PNO电极获得了215mAh·g^-1的高比容量和优异的循环性能（3500圈，100%容量保持率）。该项研究工作为多电子转移的p型有机电极材料提供了新观点。展望未来，作者认为基于吩噁嗪体系进行进一步的分子设计开发，如扩展π-电子离域以形成一维梯形聚合物或二维COF材料，将进一步增强其电荷存储能力和结构稳定性。因此，该研究工作为基于多电子转移的p型活性基团的高性能有机电极开发奠定了良好的基础。

论文信息

Unveiling Phenoxazine’s Unique Reversible Two-Electron Transfer Process and Stable Redox Intermediates for High-Performance Aqueous Zinc-ion Batteries

Dr. Jiaoyi Ning, Xiaopeng Zhang, Dr. Dongjiu Xie, Dr. Qiang He, Jun Hu, Prof. Jinjing Tang, Prof. Rui Li, Prof. Hong Meng, Prof. Ke Xin Yao

文章的第一作者和通讯作者重庆大学弘深青年教师宁皎邑，重庆大学姚克欣教授和北京大学孟鸿教授为该文章的共同通讯作者。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202319796