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A solubility limited pyrene-4,5,9,10-tetraone-based covalent organic framework for high-performance aqueous zinc-organic batteries

引用

Nano Research 2024年第6期17卷 5095-5103页

作者： Min Cheng Shibing Zheng Tianjiang Sun Diantao Li Weijia Zhang Zhengtai Zha Qiong Sun Jing Tian Kai Zhang Zhanliang Tao Frontiers Science Center for New Organic Matter State Key Laboratory of Advanced Chemical Power SourcesKey Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry(Ministry of Education)Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin)Renewable Energy Conversion and Storage CentreNankai UniversityTianjin 300071China Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations Tianjin 300192China

pyrene-4,5,9,10-tetraone(PTO),with a high theoretical capacity of 408 mAh·g^(−1),is a promising candidate for rechargeable aqueous zinc-ion batteries(RAZIBs),but its zincated products during discharge process suffer from high solubility in ***,aβ-ketoenamine-linked two-dimensional(2D)covalent organic framework(COF)based on a 2,7-diaminopyrene-4,5,9,10-tetraone(4KT-BD)monomer and a 2,4,6-trihydroxy-benzene-1,3,5-tricarbaldehyde(Tp)node(4KT-Tp-COF)is synthesized to address the above *** well-designed 4KT-Tp-COF displays low solubility in 3 M Zn(CF3SO3)2 owing to the favorableπ-πstacking as well as extended ***,the ingenious structural design of the active molecule and the long-range ordered nano-channels alter the intramolecular electron distribution,which facilitates the ionic ***,the 4KT-Tp-COF cathode exhibits a stable capacity of 181 mAh·g^(−1)at 0.2 A·g^(−1),superior rate capability of 139 mAh·g^(−1)at 20 A·g^(−1),and a long lifetime of 1000 cycles without capacity loss at 30 A·g^(−1).Even at a low temperature of−20°C,the electrode also performs an ultralong cycling life of 9000 cycles with a capacity of 106 mAh·g^(−1)at 5 A·g^(−1).The comprehensive characterizations of ex-situ analyses together with the theoretical calculations validate that the groups of C=O can contribute highly accessible redox-active sites for Zn^(2+)*** ultra-stable 4KT-Tp-COF cathode provides important insights for designing robust organic electrodes for sustainable and large-scale electrochemical energy storage.

关键词： pyrene-4,5,9,10-tetraone solubility limited covalent organic framework zinc batteries

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