多孔芳香族骨架（PAFs）已經(jīng)在各個領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，然而對其在儲能系統(tǒng)中應(yīng)用的理解還處于起步階段。

東北師范大學朱廣山、王恒國等合成了一系列基于芴的PAFs，然后將其用作可充堿金屬離子電池中陽離子宿主的有機負極材料。

圖1. 芴基PAF-202、PAF-203和PAF-204的合成

在此，作者通過Friedel-Crafts反應(yīng)設(shè)計并合成了一系列具有特制立體結(jié)構(gòu)的芴基PAFs，它們具有無定形和豐富的芳香族框架。大量的特征分析和DFT計算表明，更多的微孔體積，更高的比表面積，特別是更多的自由基可以有利于有機框架的氧化還原活性和電化學性能。受益于多種因素的協(xié)同作用，最佳的PAF-202負極表現(xiàn)出超高的可逆容量、超穩(wěn)定的循環(huán)性和卓越的鋰離子電池的倍率能力。

圖2. PAF-202的儲鋰性能

結(jié)果，作為鋰離子電池的負極材料，最佳的PAF-202在0.05 A g^-1時具有1152 mAh g^-1的超高可逆容量，在20 A g^-1的情況下，經(jīng)過5000次循環(huán)后具有95%的容量保持率，并且在10 A g^-1時具有286 mAh g^-1的非凡倍率能力。

此外，PAF-202還能顯示出良好的鈉/鉀離子存儲特性。總之，這些結(jié)果將拓寬設(shè)計功能導向多孔有機聚合物作為負極材料的視野，同時也為開發(fā)PAF基有機電極材料應(yīng)用于儲能系統(tǒng)鋪平了道路。

圖3. 理論計算

Bottom-Up Construction of Fluorene-Based Porous Aromatic Frameworks for Ultrahigh-Capacity and High-Rate Alkali Metal-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204539