Critical Role of Aromatic C(sp2)–H in Boosting Lithium-Ion Storage

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作者
Jiabiao Lian,Gokila Subburam,Sherif A. El‐Khodary,Kai Zhang,Bobo Zou,Juan Wang,Chuan Wang,Jianmin Ma,Xiaojun Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 8110-8119 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12051
摘要

Exploring high-sloping-capacity carbons is of great significance in the development of high-power lithium-ion batteries/capacitors (LIBs/LICs). Herein, an ion-catalyzed self-template method is utilized to synthesize the hydrogen-rich carbon nanoribbon (HCNR), achieving high specific and rate capacity (1144.2/471.8 mAh g–1 at 0.1/2.5 A g–1). The Li+ storage mechanism of the HCNR is elucidated by in situ spectroscopic techniques. Intriguingly, the protonated aromatic sp2-hybridized carbon (C(sp2)–H) can provide additional active sites for Li+ uptake via reversible rehybridization to sp3-C, which is the origin of the high sloping capacity. The presence of this sloping feature suggests a highly capacitance-dominated storage process, characterized by rapid kinetics that facilitates superior rate performance. For practical usage, the HCNR-based LIC device can deliver high energy/power densities of 198.3 Wh kg–1/17.9 kW kg–1. This work offers mechanistic insights on the crucial role of aromatic C(sp2)–H in boosting Li+ storage and opens up new avenues to develop such sloping-type carbons for high-performance rechargeable batteries/capacitors.
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