华中科技大学王成亮课题组AS：调控共轭配位聚合物框架结构促进电荷存储

华中科技大学王成亮课题组通过调控共轭配位聚合物框架结构，成功促进了电荷存储，实现了高性能钠离子电池正极材料的开发。具体研究内容如下：1. 构筑不同框架结构的共轭配位聚合物合成策略：以2,3,5,6-四氨基苯醌（TABQ）为配体，铜离子为中心节点，通过调控反应条件（如温度、气氛），分别构筑了一维链状（1D-CuTABQ）和二维层状（2D-CuTABQ）共轭配位聚合物。1D-CuTABQ：在室温空气条件下，TABQ2?与Cu2?形成平面四边形配位单元，自组装为一维链状结构。2D-CuTABQ：在高温封闭体系中，TABQ被氧化为TABQ1?，与混合价态铜离子（Cu2?/Cu?）形成八面体配位单元，进一步桥联为二维（6,3）拓扑网络结构。结构影响性能：导电性与稳定性：金属-氮配位（M-N）键赋予材料高电化学稳定性和导电率。活性位点：共轭羰基作为氧化还原活性中心，提升比容量；活性Cu2?离子提高氧化还原电位，增强能量密度。框架差异：2D结构因规则孔道更利于离子传输，表现出更优的循环稳定性和倍率性能。2. 高性能钠离子电池正极材料电化学性能对比：1D-CuTABQ：初始充放电容量为358.0/347.8 mAh g?1，但循环稳定性较弱。2D-CuTABQ：初始容量为319.6/273.9 mAh g?1，但在100 mA g?1下循环100次后容量保持率达81%（~247 mAh g?1）；在5 A g?1下循环2000次后容量保留率仍高达80%，平均每圈衰减率仅0.01%。优势分析：双离子存储机制：2D-CuTABQ的规则孔道结构可容纳大尺寸阴离子（如PF??），实现Na?和PF??的双离子共存储，显著提升循环稳定性和倍率性能。构效关系理解：通过对比相同组分不同框架的材料，揭示了配位构型和骨架尺寸对电化学性能的关键影响。3. 电荷储存机理的深入探究非原位表征手段：结合ex-situ XPS、EPR、氮气吸附实验、IR光谱等，阐明了电荷存储的动态过程。氧化还原反应：TABQ配体中的羰基发生两电子转移，对应两个Na?的嵌入/脱出；Cu2?/Cu?发生可逆氧化还原，伴随Na?传输。阴离子存储：Cu?进一步氧化为Cu2?时，PF??可逆嵌入二维孔道，增强双离子存储能力。研究意义材料设计策略：通过分子设计和框架调控，实现了共轭配位聚合物在电化学储能领域的突破，为高性能电极材料开发提供了新思路。应用潜力：2D-CuTABQ的性能优于多数已报道的MOFs基锂/钠离子电池正极材料，展示了在储能器件中的广阔前景。文章信息标题：Framework Dimensional Control Boosting Charge Storage in Conjugated Coordination Polymers期刊：Advanced Science作者：樊坤博士（第一作者），王成亮教授（通讯作者）链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202205760