超共轭含氮杂环有机电极材料及反应机理研究取得重要进展

近日,iChEM研究人员、厦门大学杨勇教授课题组与新加坡国立大学LOH Kian Ping教授课题组合作, 在可充锂电池新型有机电极材料及其反应机理的研究课题取得重要进展. 相关研究成果以" Reversible multi-electron redox chemistry of _π-conjugated N-containing heteroaromatic molecule-based organic cathodes" 为题, 发表在 Nature Energy, 2017, 2, 17074(DOI: 10:1038/nenergy.2017.74)。

有机电极材料因其具有质量比容量高、环境友好与并可再生及异型加工性好等特点,成为新一代柔性电池及储能电池的关注热点之一. 由于有机电极材料的电子电导低及循环性能差等弱点,使得其在迈向商业应用时遇到不少困难。该研究工作选择一种含氮官能团作为电化学活性位, 成功合成一类具有大π 共轭三聚的喹喔啉(Quinoxaline)衍生物, 该材料在1.2-3.9V 的电位区间, 400mA/g的电流密度条件下,可逆充放电容量达到395mAh/g, 而在8A/ g 的电流密度下,10000次充放电循环后,容量保持率可达到70%。尤为重要的是,该工作通过15N标记的高分辨固体核磁共振技术并辅助理论计算结果,清晰解析出该化合物的多步逐一锂化的电化学反应机制,为认识与发展该类新型有机电极材料提供了重要的理论指导和可供借鉴的表征方法。

图1 喹喔啉及其二聚、三聚的分子结构、能带图及单晶形貌

图2 三聚喹喔啉的多步逐一锂化的反应机理及其过程所对应的15N, 13C 固体核磁谱


杨勇教授课题组长期从事锂/钠离子电池电极材料及其固体核磁谱技术的研究,近年来在新型电极材料、固体电解质及其固体核磁谱技术应用上取得不少突出的研究成果(如Chem. Mater.,2016, 28 (4), 1026-1033; 2015, 27, 5736 - 5744; 2015; 27, 6650−6659 ; ACS Applied Mater. & Interfaces, 2016, 8, 22227-22237;J. Mater. Chem. A, 2016, 2016,4, 9054-9062; Angew. Chem. Int. Ed., 2016,55, 10717 - 10721);杨勇教授近3年多次应邀在国际上学术会议上做邀请报告,并担任多个国际学术会议学术委员会的成员,并于2016年6月起应邀担任国际学术期刊J Power Sources 的主编(Editor)。

研究工作得到国家自然科学基金委重点项目(No.21233004 )、界面电化学创新群体 ( No.21621091 )、国家重点研发计划(No.2016YFB0901502)、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室及能源材料化学协同创新中心的鼎力资助与支持。

论文链接:http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2017.74  

发布日期:2017/5/11 发布者:网站管理员 点击数:430【打印