首页 > 行业资讯 > 【材料】基于对称二酮单体构建共轭COF用作高性能锂离子电池正极材料

【材料】基于对称二酮单体构建共轭COF用作高性能锂离子电池正极材料

时间：2023-01-14 来源：浏览：

【材料】基于对称二酮单体构建共轭COF用作高性能锂离子电池正极材料

X-MOL资讯

X-MOL资讯

微信号 X-molNews

功能介绍 “X-MOL资讯”关注化学、材料和生命科学领域的科研，坚持“原创、专业、深度、生动”。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的最新论文，支持个性化浏览。

收录于合集

共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）作为一种新的结晶多孔材料，在气体吸附与分离、多相催化、光电、污水处理及其他方面都有广泛研究。在过去的十几年里，许多种COFs的连接方式被开发，例如，硼酸酯、希夫碱、醚键、酚嗪和双键。其中双键类COF材料由于其共轭的骨架结构，极佳的化学稳定性和独特的光电性能引起了广泛的兴趣。然而，目前仅有苯乙腈类、三甲基三嗪和三甲基吡喃等几种单体可用来合成双键类的COFs，有限的单体种类极大的限制了双键类COFs的发展，开发具有高导电性以及良好的热、化学稳定性的全共轭双键连接的共价有机框架材料是领域内的研究热点及难点。

近日， 浙江大学黄宁 研究员 、陈红征 教授团队与 范修林 研究员课题组合作， 首次基于对称的二酮单体构建了两例碳碳双键连接的全s p ² 碳共轭的二维共价有机框架材料。 这类COF材料通过经典的溶剂热法合成，具有十分优异的化学稳定性，可以稳定的存在于强酸、强碱、沸水及常见有机溶剂中，与此同时，所得到的COF材料是一类p型半导体，其电导率和空穴迁移率达到 10 ^–3 S cm ^–1 和7.8 c m ² V ^–1 s ^–1 。得益于其高度有序的二维晶态结构、优秀的多孔性、导电性和丰富的氧化还原位点，作为锂离子电池正极材料，这类富含羰基的共轭COF材料具有338 mAh g ^–1 （0.1C）的高初始比容和循环1000次仍能保持100%容量效率的长循环稳定性，是目前性能最好的COF基锂离子电池正极材料之一。

要点1：首次基于对称的二酮单体构建碳碳双键连接的COF材料

图1. 基于对称的二酮单体构建碳碳双键COFs的合成路径

图2.（a）TAPPy-ICTO-COF粉末材料的XRD曲线（黑色，实验结果；黄色，Pawley精修图；绿色，实验值和Pawley的差距；红色，AA堆积；蓝色，AB堆积）。（b）TAPPer-ICTO-COF粉末材料的XRD曲线（黑色，实验结果；黄色，Pawley精修图；绿色，实验值和Pawley的差距；红色，AA堆积；蓝色，AB堆积）。（c）TAPPy-ICTO-COF的AA堆叠模型。（d）TAPPer-ICTO-COF的AA堆叠模型。（e）TAPPy-ICTO-COF的TEM谱图。（f）TAPPer-ICTO-COF的TEM谱图。

图3.（a）TAPPy-ICTO-COF粉末材料的BET吸附曲线。（b）TAPPer-ICTO-COF粉末材料的BET吸附曲线。（c）TAPPy-ICTO-COF（黑色）和TAPPer-ICTO-COF（红色）的电流随温度变化曲线。（d）TAPPy-ICTO-COF（黑色）和TAPPer-ICTO-COF（红色）的霍尔电阻随磁场变化曲线。（e）TAPPy-ICTO-COF的化学稳定性数据。（f）TAPPer-ICTO-COF的化学稳定性数据。

作者首次利用对称的二酮单体构建了两例碳碳双键连接的全s p ² 碳共轭的二维共价有机框架材料，丰富了双键类COFs的种类。通过XRD衍射、FT-IR、 ¹³ C NMR，TEM等表征确认了双键类COFs的晶体结构，TGA和常规溶剂浸泡实验确认了所得COF材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，利用四探针法测电阻率和霍尔效应测试证明了其是一类p型半导体，并进一步计算了材料的电导率和空穴迁移率。

要点2：制备了高性能的锂离子电池正极材料

图4.（a）TAPPy-ICTO-COF正极材料的CV曲线。（b）TAPPy-ICTO-COF（红色）和TAPPer-ICTO-COF（黑色）正极材料的电流倍率曲线。（c）TAPPy-ICTO-COF正极材料的长循环性能。（d）TAPPy-ICTO-COF正极材料的电化学阻抗谱图。（e）TAPPy-ICTO-COF正极材料和其他COF正极材料性能对比图。

得益于双键类COFs高度有序的二维晶态结构，优秀的多孔性，导电性和丰富的羰基作为氧化还原位点，作为锂离子电池正极材料，这类双键类COF材料具有338 mAh g ^–1 （0.1C）的高初始比容和循环1000次仍保持100%容量效率的长循环稳定性，是目前性能最好的COF基锂离子电池正极材料之一。

总结

在本工作中，作者首次基于对称的二酮单体构建了两例碳碳双键连接的全s p ² 碳共轭的二维共价有机框架材料，所得到的COF材料是一类p型半导体，其电导率和空穴迁移率达到 10 ^–3 S cm ^–1 和7.8 cm ² V ^–1 s ^–1 。得益于其高度有序的二维晶态结构、优秀的多孔性、导电性和丰富的氧化还原位点，作为锂离子电池正极材料，这类富含羰基的共轭COF材料实验测得具有338 mAh g ^–1 （0.1C）的高初始比容和循环1000次仍保持100%容量效率的长循环稳定性，是目前性能最好的COF基锂离子电池正极材料之一。这项工作不仅丰富了双键类COFs的种类，还为COF材料利用在高性能电化学能量储存领域开辟了道路。

该论文发表在 J. Am. Chem. Soc. 上，论文第一作者是浙江大学博士生 许潇逸 ，博士生 张硕卿 是共同第一作者。通讯作者为黄宁研究员、 范修林 研究员和 陈红征 教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：