π-Conjugated N-heterocyclic compound with redox-active quinone and pyrazine moieties as a high-capacity organic cathode for aqueous zinc-ion batteries

Chemical Engineering Journal (IF 16.744), 461 (2023) 141850. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141850

Yanjun Shi(石燕君)*, Pengcheng Wang, Haiguang Gao, Wei Jin, Yanli Chen, Yucheng Huang, Tai-Rui Wu, De-Yin Wu, Juan Xu(許娟), and Jianyu Cao*(曹劍瑜)

有機(jī)陰極材料由于其可設(shè)計(jì)的分子結(jié)構(gòu)和不同的氧化還原基團(tuán)而被廣泛用于水性鋅離子電池（ZIB）。由于最大化每分子量氧化還原活性基團(tuán)的數(shù)量是增加電極材料理論比容量的一種有前途的方法，因此設(shè)計(jì)和合成具有豐富氧化還原基團(tuán)的低分子量和高穩(wěn)定性陰極材料非常重要。我院曹劍瑜-許娟團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新的π-共軛N-雜環(huán)化合物陰極材料——苯并[b]吩嗪-6，11-二酮（BPD），它將醌與吩嗪作為雙氧化還原活性部分結(jié)合。BPD陰極充分利用了氧化還原活性中心（100%的容量利用率），表現(xiàn)出較高的比容量和能量密度。同時(shí)，通過(guò)原位表征、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算研究了BPD在充放電過(guò)程中的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，并解釋了對(duì)完美四電子轉(zhuǎn)移的理解。

論文的第一作者為本組青年教師石燕君博士。此項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省綠色催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)基金和常州大學(xué)科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的資助。曹劍瑜-許娟課題組長(zhǎng)期致力于有機(jī)電活性材料和相關(guān)電池技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。