Assembling self-adaptive covalent organic frameworks by rigid-flexible blocks to enhance potassium storage

材料科学 共价键 阳极 共价有机骨架 纳米技术 离子 离域电子 自组装 化学工程 有机化学 复合材料 电极 物理化学 化学 工程类 多孔性
作者
Ruiying Zhang,Daoguang Du,Yun Wang,Tunmise Ayode Otitoju,Zhongmin Feng,Ting Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:65: 103164-103164 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103164
摘要

Owing to its ability to reversibly accommodate K+ ions through structural adjustment, self-adaptive covalent organic frameworks (COFs) are compatible with the dynamic process of K+ ions interaction/deinteraction, allowing them to harness more active sites within a finite space while minimizing structural evolution. To obtain self-adaptive COFs anodes with high capacity and conductivity, assembling both rigid and flexible blocks into frameworks is perceived as an ideal strategy. Herein, a novel self-adaptive two-dimensional COF (sa-2D-COF) is assembled by combining rigid blocks tris(1H-imidazol-1-yl)triazine (TIT) and flexible blocks 1,6-di(N-p-chlorophenyl-biguanidino)hexane (CHX). Combining the intrinsic electron delocalization of rigid TIT with the structure flexibility of flexible CHX, the sa-2D-COF anode exhibits good conductivity and a high reversible capacity of 237.7 mAh g−1 at 50 mA g−1 for potassium-ion batteries. Interestingly, a capacity increment was detected during the long-term cycles (230.7 mAh g−1 after 2400 cycles at 200 mA g−1 with 127.7 % capacity retention). Due to the prolonged cycling test, the structure of sa-2D-COF gradually adjusts to its optimal structure, while still maintaining an enlarged and stabilized capacity. The storage mechanisms were characterized by ex-situ characterizations and an electrostatic potential map, and the result shows that aromatic C=N, guanidinium C=N groups, and cation−π effect serve as active sites.
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