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共價(jià)有機(jī)骨架（COFs）是鋰離子電池有前途的電極材料。然而，嵌入在COF中的氧化還原活性位點(diǎn)的利用通常受到塊狀生長(zhǎng)材料的低本征電導(dǎo)率的限制，導(dǎo)致電化學(xué)性能不佳。

在此，英國(guó)利物浦大學(xué)Andrew I. Cooper, Laurence J. Hardwick等人開發(fā)了一種通用策略，通過將COF與碳納米管 (CNT) 集成來提高基于COF的電極的能量存儲(chǔ)能力。這些COF復(fù)合材料具有豐富的基于氧化還原活性 2,7-二氨基-9,10-菲醌(DAPQ)基序、強(qiáng)大的β-酮烯胺鍵和明確定義的介孔。

復(fù)合材料（DAPQ-COFX, 其中X = wt% CNT) 是通過原位縮聚制備的，具有管型核殼結(jié)構(gòu)，在CNT表面上有緊密生長(zhǎng)的COF層。

圖1. 原位生長(zhǎng)合成DAPQ-COF和CNT復(fù)合材料的方案

這種協(xié)同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)卓越的電化學(xué)性能：DAPQ-COF50顯示95%的氧化還原活性位點(diǎn)利用率、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（2000 mA g^-1時(shí)3000次循環(huán)后容量保持率為76%）和超高倍率能力（50 A g^-1時(shí)容量保持率為58%）。

這一倍率相當(dāng)于≈11 s (320 C) 的充電時(shí)間，意味著DAPQ-COF50對(duì)高功率電池具有極好的前景，其倍率性能優(yōu)于之前所有報(bào)告的含羰基的有機(jī)電極一個(gè)數(shù)量級(jí)。事實(shí)上，這種功率密度和快速充放電時(shí)間可以與電化學(xué)電容器相媲美。

圖2. DAPQ-COFX復(fù)合材料的電化學(xué)性能

Integrated Covalent Organic Framework/Carbon Nanotube Composite as Li-Ion Positive Electrode with Ultra-High Rate Performance, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101880

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