近日，我院2022級(jí)研究生袁文勇以第一作者身份在國(guó)際知名期刊《Energy Storage Materials》（IF=20.4）上發(fā)表題為“Novel covalent organic framework/carbon nanotube composites with multiple redox-active sites for high-performance Na storage”的研究文章。

由于地殼中鈉資源的儲(chǔ)量豐富及分布均勻，鈉離子電池（SIBs）作為鋰離子電池（LIBs）的替代品在儲(chǔ)能系統(tǒng)中備受關(guān)注。然而，相對(duì)于Li⁺（0.76 ?），Na+的離子半徑（1.02 ?）更大，可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的體積膨脹從而破壞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致基于嵌入/脫嵌機(jī)制的無機(jī)正極材料的容量低且循環(huán)性能差。最近，用輕元素（C、H、O和N）構(gòu)建的二維（2D）共價(jià)有機(jī)框架（COFs）是一類具有有序多孔結(jié)構(gòu)、高化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性的結(jié)晶聚合物框架，已被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高性能鈉離子電池正極材料開發(fā)的關(guān)鍵。然而，由于強(qiáng)的π-π相互作用和較差的本征電子導(dǎo)電性，使得2D COFs堆疊嚴(yán)重，造成氧化還原活性基團(tuán)的利用率低，離子擴(kuò)散通道延長(zhǎng)，導(dǎo)致其容量較低且倍率性能較差。

基于以上問題，本工作設(shè)計(jì)出具有多個(gè)氧化還原活性位點(diǎn)的TP-OH-COF，并通過原位聚合法將其附著在碳納米管表面，制備出TP-OH-COF@CNT50復(fù)合材料。通過與CNT復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)COF層的剝離，使更多活性位點(diǎn)暴露，提高了活性位點(diǎn)的利用率，并且提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。與以往基于COF的SIBs正極材料相比，TP-OH-COF@CNT50具有顯著增強(qiáng)的電化學(xué)性能，在0.1 A g^?1下具有256.4 mAh g^?1的高容量，在2 A g^?1下循環(huán)3000次后具有100%的優(yōu)異容量保持率，在10 A g^?1下具有103 mAh g^?1的顯著容量。結(jié)合原位/非原位(XPS、FT-IR、EIS、GITT和CV等)技術(shù)和理論計(jì)算，系統(tǒng)地研究了TP-OH-COF@CNT50正極的儲(chǔ)鈉機(jī)理和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)工作不僅是SIBs正極材料研發(fā)的突破，而且為開發(fā)用于其他儲(chǔ)能系統(tǒng)的高性能COF基電極材料提供了借鑒。本研究工作同時(shí)得到山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和山東省高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

山東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為本文第一署名單位，山東理工大學(xué)材料學(xué)院翁俊迎副教授、山東理工大學(xué)化工學(xué)院周朋飛副教授和山東大學(xué)徐立平研究員為本文的共同通訊作者。（董誠(chéng)）