Insights into the heteroatom-incorporated storage mechanism of hierarchically interconnected porous conjugated polymer networks for extremely stable potassium-ion storage

杂原子 共轭微孔聚合物 阳极 共轭体系 电导率 聚合物 化学工程 材料科学 化学 无机化学 纳米技术 有机化学 工程类 电极 戒指(化学) 物理化学 复合材料
作者
Yingxv Gao,Qunbo Hui,Qi Liu,Xiaohong Xia,Run Li,Yuxi Chen,Deping Wang,Hongbo Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:483: 149200-149200 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149200
摘要

Conjugated microporous polymers (CMPs) with enhanced electrical conductivity and insolubility against liquid electrolytes are receiving increasing attention as promising organic anode materials for rechargeable batteries. However, the poor electronic conductivity and restricted-access active sites limit the specific capacity and cycling stability of CMPs and the potassium-storage mechanism in hetero-incorporated CMPs not well understood. Herein, a highly conjugated polymer network with hierarchically interconnected porous structure was deliberately constructed by selecting 4,7-dibromo-2,1,3-benzothiadiazole (BT) and 1,3,5-triacetylene benzene as the acceptor and donor, respectively. The good planarity and high π-electron delocalization of BT units lead to an enhanced conductivity of BT-CMP. Ex-XPS analysis and DFT calculations reveal that the synergistic coupling of S and N enables a prompt complexation and release of K+ ions and improves the coordination activity of the CN active sites. More importantly, the hierarchically interconnected porous networks make active sites facilely accessible and accommodate the volumetric expansion effectively, enabling highly stable storage of K-ions. Therefore, the as-prepared BT-CMP anode displays a high specific capacity (462 mAh/g−1 at 30 mA g−1 after 100 cycles) and ultra-long stability (226.2 mAh g−1 at 1000 mA g−1 after 2000 cycles without significant attenuation) in potassium-ion storage.
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