上海大学王勇教授课题组，ACS Nano：双金属改性富醌基共价有机聚合物实现高性能锂电负极

上海大学王勇教授课题组在ACS Nano发表关于双金属改性富醌基共价有机聚合物实现高性能锂电负极的研究成果。该研究通过合理设计蛋黄-蛋壳型双金属改性富醌基共价有机聚合物，显著提升了锂离子电池负极材料的电化学性能。研究背景：锂离子电池在手机、新能源汽车等储能设备中应用广泛，具有能量密度高、体积密度大、输出功率大、可快速充放电等优点。羰基和醌基化合物因其理论容量大、氧化还原可逆性高和环境友好，被视为锂离子电池的理想电极材料。然而，小分子羰基和醌基化合物存在电导率差和在有机电解质中易溶解等问题。共价有机聚合物电极溶解度较低，能抑制材料在电解液中的溶解，保证电化学稳定性。但块状有机聚合物分子易团聚，导致氧化还原位点无法完全暴露，电荷传输效率低，可逆容量有限，活化时间长。研究内容：不溶性富醌基聚合物的合成：2AQ聚合物材料由DHAQ和TFBQ两种单体通过亲核取代反应合成，含有大量共轭AQ（蒽醌）和BQ（苯醌）单元，有利于电子传导，为锂离子储存提供丰富氧化还原活性位点。高度共轭的结构抑制了材料在电解液及其它溶剂中的溶解，实现长循环寿命。原位插入花瓣状纳米MnO2颗粒：通过高锰酸钾的原位还原，将花瓣状MnO2原位插入共轭聚合物中，扩大块状聚合物之间的缝隙，减少团聚，保证2AQ的小尺寸，更有效地利用活性基团。花瓣状MnO2颗粒增加了材料整体比表面积，提高了电解液与材料的接触面积。插入MnO2颗粒后形成的蛋黄-蛋壳多孔结构促进了电解液的注入和电荷转移，适应了电极材料在循环过程中的体积变化。配位钴离子激活C=O等基团：引入钴离子与2AQ分子层间和平面内的C=O和C-O基团配位，提高了分子层间和孔道内的电荷迁移率，更有效地提高了聚合物苯环上的官能团和π电子利用率。前瞻：通过原位红外和非原位XPS表征证明了复合电极的储锂机制，说明在合理设计富含氧化还原活性位点的不溶性聚合物分子的基础上，通过原位插入和配位作用等进一步改性，可以有效地减少聚合物分子的团聚并促进有机聚合物电极的活性位点利用率，从而显著提高有机复合材料的电化学性能。文章信息：题目：Rational Construction of Yolk-Shell Bimetal-Modified Quinonyl-Rich Covalent Organic Polymers with Ultralong Lithium-Storage Mechanism第一作者：曹莹楠通讯作者：王勇单位：上海大学期刊：ACS Nano文章链接：Rational Construction of Yolk-Shell Bimetal-Modified Quinonyl-Rich Covalent Organic Polymers with Ultralong Lithium-Storage Mechanism通讯作者及课题组简介：王勇教授：上海大学环化学院教授，致力于新能源电池、环境催化、功能复合材料等能源环境材料的研究。共发表160余篇SCI论文，其中一区论文100多篇，被他引1万4千多次。是上海市化学化工学会常务理事，多次入选高被引中国学者，获得上海市育才奖、上海市自然科学一等奖等荣誉，现担任8本学术刊物的编委。