An amphoteric and hydrogen-bond-rich artificial α-amino acid for highly durable aqueous redox flow batteries

氧化还原 氢键 水溶液 化学 氨基酸 材料科学 化学工程 有机化学 生物化学 分子 工程类
作者
Pengbo Zhang,Yuzhu Liu,Jie Wei,Zuoao Wu,Xinmei Song,Guochun Ding,Huaizhu Wang,Junchuan Liang,Zuoxiu Tie,Zhong Jin
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-59962-1
摘要

Aqueous organic redox flow batteries offer promising prospects for large-scale, high-safety, and cost-effective energy storage systems with no reliance on scarce mineral resources. However, challenges such as limited water solubility and poor stability hinder the practical application of organic redox molecules in aqueous organic redox flow batteries. Herein, we report the design and synthesis of an artificial redox-active α-amino acid molecule by functionalizing 1,5-dihydroxyanthraquinone with natural cysteine side group, which exhibits enhanced aqueous solubility and redox reversibility in alkaline aqueous organic redox flow batteries. Owing to its unique zwitterionic structure and abundant hydrogen bonds, the negolyte based on artificial α-amino acid molecule exhibits a very low capacity decay rate of 0.00025% per cycle (equivalent to 0.011% per day) under 1 M electron transfer. Theoretical simulations and spectroscopic analyses underscore the importance of the symmetric distribution and abundant hydrogen-bonding interactions of amphipathic amino acid side chains in enhancing the stability of the anthraquinone redox core and reducing its dimerization, as well as enhancing its water solubility and redox reversibility. This study presents the promising potential of nature-inspired principles in designing electrochemically stable, redox-active organic molecules, contributing to the advancement of large-scale, biocompatible, and sustainable aqueous organic redox flow batteries.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
水吉水吉完成签到,获得积分10
2秒前
太叔丹翠完成签到 ,获得积分10
9秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
9秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
冰魂应助科研通管家采纳,获得150
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
冰魂应助科研通管家采纳,获得30
18秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
笨笨梦松完成签到,获得积分10
23秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
32秒前
随风完成签到,获得积分10
39秒前
李崋壹完成签到 ,获得积分10
42秒前
42秒前
小白白完成签到 ,获得积分10
42秒前
shanshan完成签到,获得积分20
43秒前
钟山发布了新的文献求助10
48秒前
Hindiii完成签到,获得积分10
49秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
53秒前
风雨无阻完成签到,获得积分10
1分钟前
krathhong完成签到 ,获得积分10
1分钟前
像猫的狗完成签到 ,获得积分10
1分钟前
一一一多完成签到 ,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
kdjm688完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 2000
The Oxford Encyclopedia of the History of Modern Psychology 2000
Chinesen in Europa – Europäer in China: Journalisten, Spione, Studenten 1200
Deutsche in China 1920-1950 1200
Synthesis of 21-Thioalkanoic Acids of Corticosteroids 1000
Electron microscopy study of magnesium hydride (MgH2) for Hydrogen Storage 1000
Applied Survey Data Analysis (第三版, 2025) 850
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3883841
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3426171
关于积分的说明 10747083
捐赠科研通 3150984
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1739202
邀请新用户注册赠送积分活动 839633
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 784734