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東北師大Angew：氫鍵有機(jī)框架提高水系鋅離子電池的儲(chǔ)H+性能

在新興的水系鋅離子電池（AZIBs）中，質(zhì)子（H⁺）與Zn²⁺相比，具有摩爾質(zhì)量最小和快速（去）配位動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的電荷載體。

圖1. HOF-HATN的合成及表征

東北師范大學(xué)王恒國(guó)、朱廣山、Fengchao Cui等首次開(kāi)發(fā)了由二氨基三嗪分子修飾的六氮雜蒽（HOF-HATN）組裝而成的氧化還原活性氫鍵有機(jī)框架（HOF），作為穩(wěn)定的陰極寄存材料，用于提高AZIB中的H⁺儲(chǔ)存。

研究顯示，獨(dú)特的氫網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了H⁺的傳導(dǎo)和儲(chǔ)存，而π-π堆積產(chǎn)生的層狀超分子結(jié)構(gòu)賦予了其穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖2.?HOF-HATN的電化學(xué)性能

因此，HOF-HATN具有大容量（0.05 A g^-1時(shí)> 320 mAh g^-1）、高倍率能力（2 A g^-1時(shí)~130 mAh g^-1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（5 A g^-1時(shí)>10000次循環(huán)）。

此外，作者通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，HOF-HATN可實(shí)現(xiàn)18e-儲(chǔ)存，并提供339 mAh g^-1的理論容量，其中77%來(lái)自H⁺儲(chǔ)存，23%來(lái)自Zn²⁺儲(chǔ)存，這進(jìn)一步證明了HOF-HATN對(duì)H⁺具有良好的親和力和傳輸能力，可加速H⁺的儲(chǔ)存。

這項(xiàng)工作的研究結(jié)果表明，新型HOF是一種很有前景的電極材料，具有很高的H⁺利用率，這將激勵(lì)人們進(jìn)一步探索和開(kāi)發(fā)用于水系電池系統(tǒng)的氧化還原活性HOF。

圖3.?電化學(xué)過(guò)程研究

Boosting H+ Storage in Aqueous Zinc Ion Batteries via Integrating Redox-Active Sites into Hydrogen-Bonded Organic Frameworks with Strong π-π Stacking. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202314411

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