 有机材料因其高理论容量、灵活的结构设计和易于获取的材料，具有作为电池电极的巨大潜力。然而，有机电极材料的一个显著缺点是容易溶解在电解质中，尤其是小分子有机化合物。近日，安徽大学物质科学与信息技术研究院张朝峰教授课题组通过一种新型脱盐策略合成了一种高活性小分子有机材料。该材料通过两种反应物之间反应形成，同时脱去钠盐（NaCl）。作为水系锌离子电池正极时，展现出优异的电化学性能。同时，作者通过机理研究以及DFT计算，提出了阳离子存储位点。相关演技成果发表于Chemical Science（DOI: 10.1039/D3SC03435F）。
通过脱盐策略提高小分子有机正极的锌储存 图1展示了合成路径以及材料表征。作者通过FTIR光谱和元素分析验证了化合物的结构和纯度。通过紫外-可见光谱和热重分析对化合物的溶解性和热稳定性进行分析，结果表明TRT具有不溶性和高热稳定性。图1 合成路径以及材料表征（图片来源：Chemical Science）密度泛函理论（DFT）计算使作者更深入地理解有机正极的分子结构-性质关系，较窄的能隙有助于其在电化学锌存储中具有优越的电子电导性。同时CV曲线也展示在图2中。图2 DFT计算和CV曲线（图片来源：Chemical Science）随后，电化学测试展示在图3中。相比之下，TRT具有更好的循环性能和倍率性能，具有180 mA h g-1的可逆容量（理论容量为211 mA h g-1）。在0.5 A g-1的较高电流密度下可以稳定循环1000圈。图4展示了动力学分析。图3 电化学性能测试（图片来源：Chemical Science）图4 动力学分析（图片来源：Chemical Science）通过非原位红外和非原位EPR测试，对阳离子存储机理进行了探究。实验结果表明羰基（C=O）和氮氧自由基（N-O·）是阳离子吸附位点。最后，通过DFT计算获得的结果与实验结果一致。（图5）图5 机理测试及DFT计算分析（图片来源：Chemical Science）总结：该团队通过脱盐化的策略合成了一种高活性小分子有机材料，在锌离子电池中展现出优异的电化学性能。通过非原位测试和DFT计算对阳离子存储机理进行研究。本工作近期发表在《化学科学》上（Chemical Science 2023, DOI: 10.1039/D3SC03435F）安徽大学物质科学与信息技术研究院王炜和唐莹为共同第一作者。安徽大学张朝峰教授、白玮教授、李宏保副教授为该工作的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（52172173,51872071）、安徽省杰出青年自然科学基金（210808585J25）、安徽省优秀研究创新团队项目（2022AH010001）、安徽省自然科学基金（2208085QE130）、安徽省杰出青年研究项目（2022AH020013）、广东省先进储能材料重点实验室开放基金（AESM202106）的资助。张朝峰教授课题组长期致力于能源存储材料及相关电化学机理。目前主要集中在新型金属离子电池材料及机理等的研究。近期科研成果有：Adv. Mater. 2023, 35, 2210082; Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2202577; Adv. Funct. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adfm.202301987。张朝峰教授，博士生导师，安徽省杰出青年基金获得者，安徽省莱布尼兹材料科学国际联合研究中心副主任。硕士、博士分别毕业于复旦大学及澳大利亚伍伦贡大学。2013年3月-2013年10月，澳大利亚伍伦贡大学从事电池材料研究（Research Assistant）。2013年10月-2015年4月，日本产业技术综合研究所从事博士后研究。Materials Today Energy、Chinese Chemical Letters及eScience青年编委，Advanced Functional Materials特刊编辑。主要研究方向为能源存储材料及相关电化学机理。目前主要集中在新型金属离子电池材料及机理等的研究。已发表论文100多篇。相关文章发表在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Energy & Environmental Science, Nano Energy, Advanced Functional Materials等期刊上。
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