近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院陳宏偉課題組在A(yíng)ngewandte Chemie學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了題為“Ion Co-storage in Porous Organic Frameworks through On-site Coulomb Interactions for High Energy and Power Density Batteries”的研究論文。Angewandte Chemie創(chuàng)刊于1888年，由Wiley-VCH出版社出版，是國(guó)際化學(xué)和材料領(lǐng)域最具影響力的頂級(jí)綜合性刊物之一。

針對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電極已接近其實(shí)際可用能量密度極限的挑戰(zhàn)，陳宏偉課題組以多孔有機(jī)框架為研究對(duì)象，提出了“次級(jí)電化學(xué)活性模塊”（SEBUs）組裝的材料設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了包括PF₆^?/Li⁺、OTF^?/Mg²⁺、OTF^?/Zn²⁺的多離子共儲(chǔ)存。

圖：（a）SEBUs策略示意圖;（b）陰陽(yáng)離子共儲(chǔ)存框架的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

該工作首次發(fā)現(xiàn)陰陽(yáng)離子共儲(chǔ)過(guò)程中存在的特殊動(dòng)力學(xué)平穩(wěn)期，表明陰陽(yáng)離子的儲(chǔ)存過(guò)程可以互相促進(jìn)。詳細(xì)研究表明，除了常見(jiàn)的離子—偶極相互作用之外，陽(yáng)離子也可以通過(guò)框架內(nèi)的陰離子—陽(yáng)離子庫(kù)侖相互作用獲得額外的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力，從而維持其快動(dòng)力學(xué)。得益于此，有機(jī)框架電極材料具有大容量和快動(dòng)力學(xué)的特征，有望突破傳統(tǒng)鋰離子電極的性能瓶頸。

為了進(jìn)一步發(fā)揮電極的性能優(yōu)勢(shì)，研究人員通過(guò)激活高壓的三嗪陰離子儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)了新穎的三重儲(chǔ)存模式。該框架電極具有高達(dá)878 Wh/kg和28 kW/kg的電極能量和功率密度，且循環(huán)壽命超過(guò)20000次。該研究工作對(duì)開(kāi)發(fā)高能量、高功率密度的新型電極材料具有指導(dǎo)意義。

上述研究的主體工作由材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級(jí)博士研究生孫文路完成。該研究得到了福建省和廈門(mén)市自然科學(xué)基金的資助，并得到華僑大學(xué)分析測(cè)試中心、中科院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站、上海交通大學(xué)物質(zhì)科學(xué)原位中心的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202300158

（編輯：侯斌）