Cathode Design via Iron-Coordinated Covalent Organic Frameworks Facilitating Four-Electron Transfer to Achieve High-Capacity Aqueous zinc–iodine Batteries

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作者
Songde Guo,Sanlue Hu,Senlin Li,Dun Wang,Siqi Zhang,Lian‐Wei Luo,Hong Guo,Yagang Yao,Cuiping Han
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (36): 32533-32545 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c09635
摘要

The variable valence states of iodine(I) render Zn-I2 batteries an intriguing area of research. However, current Zn-I2 batteries are mostly based on I-/I0 redox chemistry. Effective strategies for activating the high-voltage I0/I+ redox couple in iodine-based cathode materials remain relatively scarce. Herein, an iron (Fe)-coordinated porphyrin bipyridine covalent organic framework (PPBY-Fe-COF) is designed as a host material featuring Fe and conjugated C═N active sites to enable consecutive I-/I0/I+ redox chemistry. I- migrate to cationic Fe sites for oxidation to I0, followed by its immobilization on anionic C═N groups. Assisted by OTF-, the formation of N-I+-O bonds suppresses the I+ hydrolysis tendency, enabling reversible redox reactions. Consequently, the four-electron transfer Zn||I@PPBY-Fe-COF battery exhibited a specific capacity of 240 mAh gI-1 (based on iodine loading) at 1 A g-1 and a capacity retention of 90.9% after 8000 cycles. This work presents an effective methodology for developing high-energy-density aqueous Zn-I2 battery systems.
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