Molecular Engineering of Covalent Organic Framework Cathodes for Enhanced Zinc‐Ion Batteries

材料科学 电化学 氧化还原 阴极 共价键 电极 共价有机骨架 纳米技术 离子 化学工程 无机化学 有机化学 化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Wenxi Wang,Vinayak S. Kale,Zhen Cao,Yougjiu Lei,Sharath Kandambeth,Guo‐Dong Zou,Yunpei Zhu,Edy Abou‐Hamad,Osama Shekhah,Luigi Cavallo,Mohamed Eddaoudi,Husam N. Alshareef
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (39) 被引量:259
标识
DOI:10.1002/adma.202103617
摘要

Abstract Covalent organic frameworks (COFs) are potentially promising electrode materials for electrochemical charge storage applications thanks to their pre‐designable reticular chemistry with atomic precision, allowing precise control of pore size, redox‐active functional moieties, and stable covalent frameworks. However, studies on the mechanistic and practical aspects of their zinc‐ion storage behavior are still limited. In this study, a strategy to enhance the electrochemical performance of COF cathodes in zinc‐ion batteries (ZIBs) by introducing the quinone group into 1,4,5,8,9,12‐hexaazatriphenylene‐based COFs is reported. Electrochemical characterization demonstrates that the introduction of the quinone groups in the COF significantly pushes up the Zn 2+ storage capability against H + and elevates the average (dis‐)charge potential in aqueous ZIBs. Computational and experimental analysis further reveals the favorable redox‐active sites that host Zn 2+ /H + in COF electrodes and the root cause for the enhanced electrochemical performance. This work demonstrates that molecular engineering of the COF structure is an effective approach to achieve practical charge storage performance.
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