A Redox‐Active Covalent Organic Framework with Highly Accessible Aniline‐Fused Quinonoid Units Affords Efficient Proton Charge Storage

共价有机骨架 材料科学 苯胺 氧化还原 电荷(物理) 质子 光化学 共价键 组合化学 纳米技术 化学 有机化学 量子力学 物理 冶金
作者
Xiaoli Yan,Feixiang Wang,Xi Su,Junyu Ren,Meiling Qi,Pengli Bao,Weihua Chen,Chengxin Peng,Long Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (44): e2305037-e2305037 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202305037
摘要

Owing to their intrinsic safety and sustainability, aqueous proton batteries have emerged as promising energy devices. Nevertheless, the corrosion or dissolution of electrode materials in acidic electrolytes must be addressed before practical applications. In this study, a cathode material based on a redox-active 2D covalent organic framework (TPAD-COF) with aniline-fused quinonoid units featuring inherently regular open porous channels and excellent stability is developed. The TPAD-COF cathode delivers a high capacity of 126 mAh g-1 at 0.2 A g-1 , paired with long-term cycling stability with capacity retention of 84% after 5000 cycles at 2 A g-1 . Comprehensive ex situ spectroscopy studies correlated with density functional theory (DFT) calculations reveal that both the -NH- and C=O groups of the aniline-fused quinonoid units exhibit prominent redox activity of six electrons during the charge/discharge processes. Furthermore, the assembled punch battery consisting of a TPAD-COF//anthraquinone (AQ) all-organic system delivers a discharge capacity of 115 mAh g-1 at 0.5 A g-1 after 130 cycles, implying the potential application of the TPAD-COF cathode in aqueous proton batteries. This study provides a new perspective on the design of electrode materials for aqueous proton batteries with long-term cycling performance and high capacity.
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