Sulfur and Wavy‐Stacking Boosted Superior Lithium Storage in 2D Covalent Organic Frameworks

堆积 共价有机骨架 共价键 材料科学 平面的 锂(药物) 纳米技术 图层(电子) 离子 化学工程 结晶学 化学 有机化学 计算机科学 内分泌学 工程类 计算机图形学(图像) 医学
作者
Nana Li,Jinhui Zhu,Chongqing Yang,Senhe Huang,Kaiyue Jiang,Qi Zheng,Yilong Yang,Haiyan Mao,Sheng Han,Lei Zhu,Xiaodong Zhuang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (47): e2405974-e2405974 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202405974
摘要

2D conjugated covalent organic frameworks (c-COFs) provide an attractive foundation as organic electrodes in energy storage devices, but their storage capability is long hindered by limited ion accessibility within densely π-π stacked interlayers. Herein, two kinds of 2D c-COFs based on dioxin and dithiine linkages are reported, which exhibit distinct in-plane configurations-fully planar and undulated layers. X-ray diffraction analysis reveals wavy square-planar networks in dithiine-bridged COF (COF-S), attributed to curved C─S─C bonds in the dithiine linkage, whereas dioxin-bridged COF (COF-O) features densely packed fully planar layers. Theoretical and experimental results elucidate that the undulated stacking within COF-S possesses an expanded layer distance of 3.8 Å and facilitates effective and rapid Li+ storage, yielding a superior specific capacity of 1305 mAh g-1 at 0.5 A g-1, surpassing that of COF-O (1180 mAh g-1 at 0.5 A g-1). COF-S also demonstrates an admirable cycle life with 80.4% capacity retention after 5000 cycles. As determined, self-expanded wavy-stacking geometry, S-enriched dithiine in COF-S enhances the accessibility and redox activity of Li storage, allowing each phthalocyanine core to store 12 Li+ compared to 8 Li+ in COF-O. These findings underscore the elements and stacking modes of 2D c-COFs, enabling tunable layer distance and modulation of accessible ions.
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