前沿院何剛課題組在紫羅精有機自由基锂離子電池研究領域取得重要進展
點擊數:    更新時間:2019/05/14

  紫罗精类化合物是一种具有优异氧化还原特性的阳离子型有机分子。在施加电压或光照条件下,可经历两步可逆的单电子氧化还原生成自由基正离子状态和中性分子状态,并伴随着明显的颜色变化。紫罗精分子独特的氧化还原特性使其在储能材料领域被广泛应用,例如无机/有機锂//鎂離子電池,水系有機液流電池,有機自由基電池以及锂-氧電池等。有機自由基電池作爲一類新興的儲能器件,具有不含稀有金屬、氧化還原性質可調、在分子層面上可柔性設計等優勢,但這類電池還存在氧化還原態少、容量低、穩定性差等缺陷,極大地限制了其應用。

前期的研究工作表明将硫族元素引入有机共轭体系能极大改善材料的氧化还原特性,基于这类电极材料制备的有機锂鈉离子电池具有很大的比容量。我們前期研究發現將硫族元素引入紫羅精衍生物,在紫羅精分子的基礎上引入了更多的氧化還原中心,進一步提高了紫羅精衍生物的氧化還原特性。不難想象,將含硫族元素紫羅精化合物應用于有機自由基锂離子電池不僅能大大提高自由基電池的性能,還可以將這類分子的變色性質與電池性能相結合,發展新型的有機變色電池。

基于上述考慮,西安交通大學的何剛教授在前期含硫族元素紫羅精的研究基礎上,成功制備了含硫族元素紫羅精聚合物,並將其作爲電極材料應用到有機自由基锂離子電池中。研究發現,隨著硫//碲的引入,電池容量及循環穩定性都有大幅提升。其中含碲紫羅精聚合物表現出了最優的性能,當庫倫效率達到100%時容量達到了502mAh g-1。相關機理研究表明隨著碲原子的引入極大提高了電極材料的電導率以及增加了锂化位點。在此基礎之上,將含碲元素紫羅精聚合物的電致變色性質與電池應用相結合,制備了一種新型的柔性變色電池,在電池的充放電過程中,伴隨著明顯的顔色變化。這一研究工作不僅發展了一類新型的有機自由基電池,還爲變色電池領域的研究提供了新的思路。

 

以上研究結果以論文形式于發表在Angewandte Chemie International Edition(影響因子12.102)上,西安交大前沿院博士生李國平和張冰潔爲本論文共同第一作者,西安交通大學前沿院爲本文唯一通訊作者單位。这也是何刚教授课题组继基于含硫对苯羧酸盐类化合物的有机鈉离子电池及含硫族元素紫罗精研究之后的又一重要突破(Angew. Chem. Int. Ed.2017,56, 15334; Angew. Chem. Int. Ed.2018,57, 4897)。

該論文作者爲:Guoping Li, Bingjie Zhang, Jianwei Wang, Hongyang Zhao, Wenqiang Ma, Letian Xu, Weidong Zhang, Kun Zhou, Yaping Du, Gang He.

該項研究工作得到了國家自然科學基金(21704081, 21875180)、中央高校基本科研業務費專項資金、陝西省自然科學基金以及唐仲英基金會和西交大分析測試共享中心的支持。

全文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.201903152

 

何剛教授課題組目前的研究領域爲含主族元素有機雜環芳烴及聚合物合成及其在智能材料、光催化、有機電池及光動力抗菌等領域的應用。歡迎具有材料、化學、物理以及其他相關院系的學生報考。何剛教授課題組主頁:http://gr.xjtu.edu.cn/web/ganghe

 

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