含有明確定義的氧化還原活性基團的共價有機框架 （COF） 已成為下一代電池的競爭材料。盡管可以預期高電位和高速率性能，但迄今為止，只有少數 p 型 COF 被報道用于電荷存儲，而在多價離子電池中使用 COF 的例子更少。本文報道了一種p型高多孔結晶氮摻雜COF的合成及其在鋰基和鎂基電池中作為正極材料的應用。當這種材料在鋰基半電池中用作COF/碳納米管（CNT）電極時，在2 C速率下可獲得3.9 V的放電電位，放電容量高達70 mAh g
-1。在使用四（六氟異丙氧基）硼酸鹽電解質的鎂電池中，循環以 2.9 V 的平均放電電壓進行。即使在 5 C 的快速電流速率下，在 1000 次循環中也能保持 84% 的容量。
圖1. （a） 氮雜苷2和TAT-TA COF的合成。（b）TAT-TA COF的PXRD數據：實驗PXRD模式（藍色十字）、使用優化結構模型的Pawley細化（黑線）（見d、e）、Pawley細化與實驗數據之間的差異（灰線）和模擬PXRD模式（橙色）。（c） TAT-TA COF的N
2吸附等溫線。（d，e）TAT-TA COF. 的三維結構建模。
圖2. （a） 氮雜烯 2 的循環伏安圖（CH
2Cl
2 中 1 mm，0.1 m n-Bu
4NPF
6，掃描速率 100 mV s
-1，vs Fc/Fc
+），以及 （b） TAT' 帶電態，如 HOMO/SOMO 圖所示。
圖3. TAT-TA COF（30/50/20 wt % COF/乙炔黑/PVdF）和 TAT-TA COF/CNT 電極（COF/SWCNT 比例為 1：2 wt）在鋰基半電池（1 m LiPF6 在 EC/DMC 1：1 中）中的電化學性能。（a） 0.2 mV s
–1 時的 CV（第 10 周期）。（b） 費率能力。（c） 2°C速率下的循環穩定性。（d） 2 C速率下TAT-TA COF/CNT電極的選定充放電曲線。（e） EIS測量的TAT-TA COF和TAT-TA COF/CNT電極的奈奎斯特圖。（f） 從TAT-TA COF/CNT電極的GITT測量中獲得的擴散系數。
圖4. TAT-TA COF/CNT 電極（COF/CNT 的 1：2 wt 比例）在 Mg 基紐扣電池（0.3 M Mg[B（hfip）
4]
2·3DME in DME in DME）中的電化學性能。（a） 單元設置示意圖。（b） 1 mV s
-1 的循環伏安圖。（c） 5C靜電流循環期間選定的充放電曲線。 （d） 5C時的循環穩定性。
相關研究成果由烏爾姆大學Birgit Esser和弗里堡大學Oliver Dumele等人2024年發表在Journal of the American Chemical Society (翻譯：https://doi.org/10.1021/jacs.4c04044)上。原文：Porous Azatruxene Covalent Organic Frameworks for Anion Insertion in Battery Cells
轉自《石墨烯研究》公眾號
