p / n ‐Type Polyimide Covalent Organic Frameworks for High‐Performance Cathodes in Sodium‐Ion Batteries

材料科学 共价有机骨架 阴极 共价键 氧化还原 碳纳米管 聚酰亚胺 高分子化学 纳米技术 复合材料 多孔性 化学 有机化学 图层(电子) 物理化学 冶金
作者
Swati Jindal,Zhengnan Tian,Arijit Mallick,Sharath Kandambeth,Chen Liu,Prashant M. Bhatt,Xixiang Zhang,Osama Shekhah,Husam N. Alshareef,Mohamed Eddaoudi
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (8): e2407525-e2407525 被引量:20
标识
DOI:10.1002/smll.202407525
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are viewed as promising organic electrode materials for metal-ion batteries due to their structural diversity and tailoring capabilities. In this work, firstly using the monomers N,N,N',N'-tetrakis(4-aminophenyl)-1,4-phenylenediamine (TPDA) and terephthaldehyde (TA), p-type phenylenediamine-based imine-linked TPDA-TA-COF is synthesized. To construct a bipolar redox-active, porous and highly crystalline polyimide-linked COF, i.e., TPDA-NDI-COF, n-type 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic dianhydride (NDA) molecules are incorporated into p-type TPDA-TA-COF structure via postsynthetic linker exchange method. This tailored COF demonstrated a wide potential window (1.03.6 V vs Na+/Na) with dual redox-active centers, positioning it as a favorable cathode material for sodium-ion batteries (SIBs). Owing to the inheritance of multiple redox functionalities, TPDA-NDI-COF can deliver a specific capacity of 67 mAh g-1 at 0.05 A g-1, which is double the capacity of TPDA-TA-COF (28 mAh g-1). The incorporation of carbon nanotube (CNT) into the TPDA-NDI-COF matrix resulted in an enhancement of specific capacity to 120 mAh g-1 at 0.02 A g-1. TPDA-NDI-50%CNT demonstrated robust cyclic stability and retained a capacity of 92 mAh g-1 even after 10 000 cycles at 1.0 A g-1. Furthermore, the COF cathode exhibited an average discharge voltage of 2.1 V, surpassing the performance of most reported COF as a host material.
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