近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團(tuán)隊研發(fā)出新型有機物用于高容量穩(wěn)定鉀離子存儲,相關(guān)研究成果Novel lamellar tetrapotassium pyromellitic organic for robust high-capacity potassium storage已在線發(fā)表于國際化學(xué)頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103052,IF=12.959)。論文第一作者是潘慶廣助理研究員,通訊作者是唐永炳研究員。
近年來,有機材料因為結(jié)構(gòu)多樣、柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計、氧化還原可逆性較好等優(yōu)點,已成為金屬離子存儲的研究熱點。然而這類材料仍面臨容量有限、離子擴散動力學(xué)緩慢、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問題。要提升有機物的金屬離子存儲性能,其通常應(yīng)具有以下性質(zhì):第一,為實現(xiàn)高容量,有機分子應(yīng)具有小分子量和多活性位點;第二,為提升離子擴散動力學(xué),材料結(jié)構(gòu)應(yīng)提供便捷的離子擴散通道以降低擴散能壘;第三,如要提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,其分子結(jié)構(gòu)應(yīng)具有剛性的共軛π鍵。
圖(a)K4PM的形貌圖,(b)K4PM的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,(c)與已有報道倍率性能的對比圖,(d)基于K4PM有機電極的鉀電長循環(huán)性能圖
基于此,唐永炳研究員及其團(tuán)隊成員潘慶廣助理研究員、鄭勇平助理研究員等人設(shè)計合成了一種具有層狀結(jié)構(gòu)的苯四甲酸四鉀(K4PM)電極材料。由于該小分子有機材料具有多個活性位點和大的層間距,從而表現(xiàn)出良好的儲鉀性能,其儲鉀容量高達(dá)292 mAh/g,同時具有優(yōu)異的倍率性能及長循環(huán)穩(wěn)定性(1000圈后容量保持率為83%)。該研究為發(fā)展新型有機儲能電極材料提供了新途徑。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省、深圳市科技計劃及博士后科學(xué)基金等項目資助。 |