扬大庞欢 Advanced Materials：通过配体工程调节镍基配合物分子内电子转移用于水系电池

第一作者：苏懿淳

通讯作者：庞欢*

单位：扬州大学

相对于锂离子电池，水系电池以其成本和安全优势逐渐成为研究热点。 其中水系镍锌电池（NZBs）在电解液/电极界面处涉及多个电子反应，工作电压高（~1.75 V），在储能领域拥有巨大潜力。大规模工业应用的配合物需要廉价和丰富的金属，而配体选择的便是最大限度地提高配合物稳定性和可预测性。与金属-配体相互作用相关的电子性质受配体的调节，电子效应影响金属离子附近的电荷密度。在储能装置的充放电过程中，电荷转移是实现能量存储和释放的关键步骤。本篇展示了配体工程调节配合物导电性的工作，同时探究了取代基位置对配合物电子性质的影响，为新型配合物在能源材料领域的应用提供了思路。

近日，来自扬州大学的庞欢教授团队，在国际知名期刊 Advanced Materials 上发表题为 “Regulating Intramolecular Electron Transfer of Nickel-Based Coordinations through Ligand Engineering for Aqueous Batteries“ 的文章。该篇文章分析了通过配体工程设计具有可调带隙配合物，进而调控材料的导电性。本工作有望进一步拓宽配位化合物在储能领域的探索。

图1. 含不同取代基的水杨酸配体的分子结构。

类似于纳米材料的尺寸依赖特性，减小金属有机配合物的尺寸可以增加它们的比表面积和活性位点密度。从结构角度看，低维配合物是纳米级动态连接体空间组织的理想平台。与其他纳米材料相比，具有各向异性生长的一维纳米结构具有较高的暴露表面积和柔韧性。一方面，它具有较好的活性位点利用率；另一方面，它可以缩短电荷迁移距离，以提高储能等应用的性能。扬州大学庞欢团队通过溶剂热法制备了八种一维（1D）镍基水杨酸（SA）配合物，即Ni-XSAs（X=pH、pMe、pMeO、mMe、pBr、pCl、pF和pCF ₃ ）。

要点二：配体工程调控配合物导电性

将电子效应引入配合物中以构建新型材料在储能领域尚未引起显著关注。扬州大学庞欢团队选择8种含有不同给电子基团（EDGs）或吸电子基团（EWGs）的配体，利用X射线吸收精细结构（XAFS）研究了Ni-XSAs中的配位环境。结合前沿轨道理论，根据取代基给电子能力的差异影响配合物的电荷转移，进而调控配合物的导电性。此外，利用密度泛函理论（DFT）研究了取代基位置对配合物电子性质的影响。

要点三：原位测试分析NZBs储能机理

利用原位拉曼光谱（In-situ Raman）和原位X射线衍射（In-situ XRD）对Ni-mMeSA材料的NZBs储能机理进行了详细的研究。

要点四：前瞻

与其他维度的材料相比，Ni-XSAs由于其独特的一维结构，在纳米尺度上具有均匀的组成。Ni ²⁺ 配位中心的电荷密度主要受取代基的电子负载能力的影响，而取代基的电子负载能力又能调节Ni-XSAs的带隙。研究证实，具有EDG的Ni-XSAs比具有EWG的Ni-XSAs具有更高的导电性。这是设计高导电性配合物的一种新策略。此外，DFT分析表明，取代基的位置会显著影响配合物的电子特性。这种配体工程技术在设计具有可调带隙的一维材料方面显示出相当大的潜力。本研究为新型配位化学在能源材料科学领域的应用提供了思路。

庞欢教授简介： 博士生导师，扬州大学。教育部青年长江学者(2018)；教育部新世纪优秀人才(2013)；江苏省杰出青年(2020)；英国皇家化学学会会士(2022)；全球高被引学者。EnergyChem管理编辑；任《国家科学评论》学科编辑组成员；多个期刊编委、青年编委学术兼职。主要从事基于配合物框架材料的能源化学研究。

近年来以第一/通讯作者在《国家科学评论》、 Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊发表SCI论文400多篇，论文被引次数达2万次，H因子为90。主编/著英文书籍3本，主编江苏省高等学校重点教材2部。授权国家发明专利20项。主持或完成国家自然科学基金3项（联合重点1项）。曾获教育部自然科学一等奖（第三完成人）、二等奖（第一完成人）。

（1）纳米化学、配位化学、电化学和生物材料等研究方向，近2年取得或即将取得博士学位；

（2）有较好的研究基础和英语基础，原则上需以第一作者在SCI期刊上发表研究论文2篇或IF>5.0或一区研究论文1篇；

（3）具有独立科研能力和严谨的学风，富有高度的责任心和团队协作精神。

（4）品学兼优，身心健康。请发送个人简历、主要研究成果等相关资料到：panghuan@yzu.edu.cn；

Regulating Intramolecular Electron Transfer of Nickel-Based Coordinations through Ligand Engineering for Aqueous Batteries

投稿请联系contact@scimaterials.cn