ChemSusChem：构建氟和哌嗪功能化的共价三嗪框架用于双离子正极材料

不断增长的储能系统尤其是二次电池在现代社会的发展中发挥着至关重要的作用。虽然锂离子电池等二次电池的大规模使用已经改变了我们的生活方式, 正极材料的规模化生产对金属源的大量需求正成为其未来大规模部署的瓶颈。开发有机正极材料作为金属氧化物正极材料的替代品，有利于实现可持续生产和相对较低的环境足迹。目前已报道多种小分子（例如醌、多巴胺和羧酸盐）或杂原子掺杂聚合物作为二次电池的正极材料。与小分子正极材料相比，聚合物正极的优点是避免了导致小分子活性物质损失的严重溶解问题，从而实现了更好的循环稳定性。在各种聚合物中，共价三嗪骨架（CTFs）因其丰富的氮位点和多孔结构而成为有前途的有机聚合物正极材料。CTFs 中的芳香族三嗪键和强芳香族共价键为长循环提供了稳定的氧化还原位点，而多孔结构可以促进电解质的扩散。除了 CTFs 中的三嗪和苯环，其他 N位点，比如仲胺和叔胺，可以提供额外的氧化还原位点以获得更高的能量密度。而且，CTF 框架中 p 型和 n 型掺杂区域的存在允许阳离子和阴离子的嵌入，可以实现双离子电池 (DIB) 中的高工作电压和能量密度。

美国橡树岭国家实验室戴胜教授和杨珍珍研究员团队在ChemSusChem期刊双离子电池专刊发表了研究工作。在此工作中，含有哌嗪环的氟化芳香腈单体在离子热条件下形成了一系列高度多孔的CTFs。与非氟化单体的产物相比，氟化单体会导致更多的 CTF 缺陷，从而实现高达 2515 m²/g 的高表面积和 11.34 wt% 的高 N 含量。这些 CTF作为双离子正极材料，其高表面积和丰富的氧化还原位点提供了高比容量、优异的倍率性能和持久的循环性能。

图1. 新型CTF双离子正极材料的合成示意图。

论文信息

Construction of Fluorine- and Piperazine-Engineered Covalent Triazine Frameworks Towards Enhanced Dual-Ion Positive Electrode Performance

Dr. Tao Wang, James Anthony Gaugler II, Dr. Meijia Li, Dr. Bishnu Prasad Thapaliya, Juntian Fan, Liqi Qiu, Dr. Debabrata Moitra, Dr. Takeshi Kobayashi, Ilja Popovs, Dr. Zhenzhen Yang, Dr. Sheng Dai

文章的第一作者是美国橡树岭国家实验室博士后王涛，通讯作者为戴胜教授和杨珍珍研究员。

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202201219