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ChemSusChem高性能三嗪苯并噻

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有机电极材料因其电化学活性高、结构多样、环境友好及能量密度高等特点,有望成为下一代高性能的“绿色”电极材料。然而,大多数有机小分子和线性聚合物由于密堆积的分子结构,使其比表面积低导致慢的动力学过程和差的倍率性能;同时,由于有机电极材料在电解质溶液中高的溶解性,导致容量的快速衰减和差的循环稳定性。因此,开发具有多孔结构的不溶性电化学活性聚合物电极材料,是解决上述问题的关键。共轭微孔聚合物具有丰富的孔道结构、高的比表面积、优良的化学和热稳定性及不溶解特性,是一类极具发展潜力的锂离子电池电极材料。

最近,台州大学韩得满教授团队与陕西师范大学蒋加兴教授团队合作,提出将具有可逆n型掺杂能力的三嗪、噻吩和苯并噻二唑氧化还原活性单元同时引入聚合物骨架的策略,设计合成了一种新型的共轭微孔聚合物电极材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的储锂性能。所合成的聚合物电极材料具有如下结构优势:(1)多级孔道结构有利于锂离子的输运和存储;(2)三嗪、噻吩和苯并噻二唑构建单元均具有高的n型掺杂能力,为该共轭微孔聚合物进行n型电化学掺杂反应提供了丰富的活性反应位点;(3)窄带隙单元(苯并噻二唑)的引入及D-A型的分子结构赋予了聚合物优异的电子传输性能和n型掺杂能力。因此,制备的共轭微孔聚合物表现出优异的电化学性能,包括超高的储锂容量(mAh/g

50mA/g),优异的倍率性能(mAh/g

5A/g)和出色的循环稳定性(次循环,mAh/g

5A/g)。作者进一步通过电化学能测试及DFT模拟深入研究了该类共轭微孔聚合物的储锂机理。该研究工作为设计合成高性能的共轭微孔聚合物电极材料提供了新的思路。

图1.(a)共轭微孔聚合物在mAg-1电流密度下的循环性能;(b-c)构建单元及共轭微孔聚合物的储锂机理示意图

文章发表在ChemSusChem,doi:10./cssc.

作者:Dr.Shi-BinRen?,WenyanMa?,Dr.ChongZhang*,Dr.LeiChen,Dr.KaiWang,Dr.RongRongLi,MaoShen,Prof.De-ManHan*,Dr.YuxiangChen,Prof.Jia-XingJiang*

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