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Structurally Asymmetric Nonplanar π‐Conjugated Naphthoquinone Derivatives Modified from Natural Lawsone for High‐Stability Aqueous Redox Flow Batteries

劳森 化学 分子内力 萘醌 氧化还原 亲核细胞 组合化学 水溶液 光化学 电泳剂 溶解度 三氟甲基化 苯甲酸 环境友好型 有机化学 绿色化学 迈克尔反应 亲核加成 电化学 流动电池 共轭体系 无机化学 亲核取代 噻唑
作者
Pengbo Zhang,Sheng Wen,Yuehua Chen,Yuzhu Liu,Jie Wei,Zuoao Wu,Guochun Ding,Xinmei Song,Tengfei Dai,Zhihu You,Qingbo Guo,Peng Liu,Jianwen Guo,Zuoxiu Tie,Zhong Jin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:138 (8)
标识
DOI:10.1002/ange.202519793
摘要

Abstract Aqueous organic redox flow batteries (AORFBs) have attracted growing interest for grid‐scale energy storage by reducing reliance on scarce mineral resources used in transition metal‐based systems. Natural naphthoquinone derivatives, while environmentally friendly and abundant, suffer from poor solubility and electrochemical instability, hindering their practical use in AORFBs. To address these challenges, we report the functionalization of a naturally abundant dye, lawsone (i.e., 2‐HNQ), through non‐planar π‐conjugation extension and asymmetric intramolecular charge distribution, yielding a non‐planar π‐conjugated polar naphthoquinone derivative (namely BANQ) with enhanced water solubility and redox reversibility. Computational simulations and spectroscopic analysis confirmed that the introduction of benzoic acid group imparts a polar π‐conjugation extended structure with asymmetric charge distribution. This structural modification efficiently enhances aqueous solubility and suppresses degradation pathways, such as Michael addition and irreversible keto‐enol tautomerism. Compared with 2‐HNQ precursor, BANQ exhibits lower sensitivity to nucleophilic and electrophilic attacks. The BANQ anolyte exhibited a very low‐capacity decay rate of merely 0.00018% per cycle (or 0.045% per day), representing a two‐order‐of‐magnitude reduction compared to that of 2‐HNQ (0.032% per cycle or 8.22% per day). This study highlights the potential of modifying natural‐derived products with rationally designed conjugated electron structure for green and sustainable energy storage solutions.
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