在共价有机框架中内置供体-受体单元的控制机制，以提升锂离子存储的动力学性能

《Journal of Energy Chemistry》：Built-in control of donor-acceptor units within covalent organic frameworks for enhanced Li-ion storage kinetics

　　

刘浩静|孟凡宇|董晓晓|王涵|兰星旺|刘明旭|金永成|夏成辉|徐强|侯春超

摘要

高能量密度和高功率密度的锂离子电池（LIBs）被广泛应用于各种领域，从便携式电子设备到电动汽车。与传统无机电极材料相比，后者受到资源稀缺和能量密度限制的制约，而共价有机框架（COFs）作为下一代锂离子电池电极的材料显示出巨大潜力。本文以苯并噻唑基COF（n = 0–3）为例，通过逐步引入羟基取代的醛类连接剂，实施了一种供体-受体（D-A）工程策略。引入的羟基发生酮-烯醇互变异构，生成原位的羰基（C=O）单元作为受体位点，从而实现了D-A相互作用的调控。理论和实验结果证实，大量引入多羰基配体作为强受体能够有效增强D-A相互作用。这种优化的结构特性使得COF框架具有扩展的六角形介孔网络，显著加快了离子扩散速度（D_Li = 10^?10–10^?9 cm^?1 s^?1）。同时，COF的带隙（E_g = 0.47 eV）减小，进一步提高了其内在电子导电性。得益于这些改进，优化后的COF-3负极在充放电过程中表现出显著的性能提升和循环稳定性：在0.2 A g^?1电流下经过500次循环后仍保持217 mA h g^?1的容量，在0.5 A g^?1电流下经过1000次循环后仍保持151 mA h g^?1的容量。这项工作为D-A结构COF电极在锂离子存储中的应用设计和工作机制提供了重要见解。