Electronic modulation and structural engineering of tetracyanoquinodimethane with enhanced reaction kinetics for aqueous NH4+ storage

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作者
Panrun Shao,Yunhong Liao,Feng Xu,Chao Yan,Lingqian Ye,Jun Yang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:633: 199-206 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.11.057
摘要

Lithium-ion batteries (LIBs) have received much attention because of their environmental, financial, and safety concerns. The advantages of aqueous electrochemical energy storage include environmental friendliness and safety, and the development of prepared electrode materials is predicted to alleviate these issues. A redox-active organic compound, 7,7,8,8‑tetracyanoquinodimethane (TCNQ), is a suitable electrode for aqueous batteries. In this work, the porous and electronic interconnected structure of TCNQ is designed by electronic modulation and structure engineering. With the reduced graphene oxide (rGO) in situ homogeneous loading TCNQ by a one-step facile approach, the exquisite architecture has enhanced conductivity and connected conductive networks, favoring the storage and transportation of NH4+ or electrons in aqueous electrolytes. As a cathode, the obtained TCNQ-rGO exhibits superior performance for NH4+ batteries with an improved reversible capacity of 92.7 mAh/g at 1 A/g of quadruple capacity boosting to pure TCNQ and stable cycle life (5000 cycles at 10 A/g). The adjustment of the loading ratio of TCNQ and rGO for the cycling performance has been studied in detail. Furthermore, the superior ammonium storage mechanism of the TCNQ-rGO hybrid is thoroughly discussed by in situ Raman or ex situ measurements, which also determine the redox activity center groups of the TCNQ-rGO hybrid. Energy level calculations are conducted to help illustrate its potential as an electrode material. Our work demonstrates that electronic modulation and structural engineering of TCNQ can improve the electrochemical performance of molecular organic compound-based electrodes for aqueous rechargeable batteries in a simple and effective way.
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