含有明确定义的氧化还原活性基团的共价有机框架 （COF） 已成为下一代电池的竞争材料。尽管可以预期高电位和高速率性能，但迄今为止，只有少数 p 型 COF 被报道用于电荷存储，而在多价离子电池中使用 COF 的例子更少。本文报道了一种p型高多孔结晶氮掺杂COF的合成及其在锂基和镁基电池中作为正极材料的应用。当这种材料在锂基半电池中用作COF/碳纳米管（CNT）电极时，在2 C速率下可获得3.9 V的放电电位，放电容量高达70 mAh g^-1。在使用四（六氟异丙氧基）硼酸盐电解质的镁电池中，循环以 2.9 V 的平均放电电压进行。即使在 5 C 的快速电流速率下，在 1000 次循环中也能保持 84% 的容量。
 

图1. （a） 氮杂苷2和TAT-TA COF的合成。（b）TAT-TA COF的PXRD数据：实验PXRD模式（蓝色十字）、使用优化结构模型的Pawley细化（黑线）（见d、e）、Pawley细化与实验数据之间的差异（灰线）和模拟PXRD模式（橙色）。（c） TAT-TA COF的N₂吸附等温线。（d，e）TAT-TA COF. 的三维结构建模。
 

图2. （a） 氮杂烯 2 的循环伏安图（CH₂Cl₂ 中 1 mm，0.1 m n-Bu₄NPF₆，扫描速率 100 mV s^-1，vs Fc/Fc⁺），以及 （b） TAT' 带电态，如 HOMO/SOMO 图所示。
 
 
图3. TAT-TA COF（30/50/20 wt % COF/乙炔黑/PVdF）和 TAT-TA COF/CNT 电极（COF/SWCNT 比例为 1：2 wt）在锂基半电池（1 m LiPF6 在 EC/DMC 1：1 中）中的电化学性能。（a） 0.2 mV s^–1 时的 CV（第 10 周期）。（b） 费率能力。（c） 2°C速率下的循环稳定性。（d） 2 C速率下TAT-TA COF/CNT电极的选定充放电曲线。（e） EIS测量的TAT-TA COF和TAT-TA COF/CNT电极的奈奎斯特图。（f） 从TAT-TA COF/CNT电极的GITT测量中获得的扩散系数。 
 
图4. TAT-TA COF/CNT 电极（COF/CNT 的 1：2 wt 比例）在 Mg 基纽扣电池（0.3 M Mg[B（hfip）₄]₂·3DME in DME in DME）中的电化学性能。（a） 单元设置示意图。（b） 1 mV s^-1 的循环伏安图。（c） 5C静电流循环期间选定的充放电曲线。 （d） 5C时的循环稳定性。
 
       相关研究成果由乌尔姆大学Birgit Esser和弗里堡大学Oliver Dumele等人2024年发表在Journal of the American Chemical Society (翻译：https://doi.org/10.1021/jacs.4c04044)上。原文：Porous Azatruxene Covalent Organic Frameworks for Anion Insertion in Battery Cells

转自《石墨烯研究》公众号