Carbon-halogen bond substitution enables high-utilization four-electron iodine redox in noncorrosive dilute electrolytes

化学 水溶液 卤素 氧化还原 电解质 无机化学 电化学 卤键 过渡金属 腐蚀 水介质 碘化合物 债券 债券定单 替代(逻辑) 组合化学
作者
Zhiheng Shi,Yongchao Tang,Yue Wei,Guigui Liu,Haolong Huang,Jintu Qi,Zhenfeng Feng,Minghui Ye,Yufei Zhang,Zhipeng Wen,Xiaoqing Liu,Qi Yang,Chunyi Zhi,Cheng Chao Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69743-z
摘要

Abstract Aqueous Zn | |I 2 batteries, involving I - /I 0 /I + redox, are promising yet usually facing low I 2 utilization dominated by I 0 /I + redox, especially under high loadings. Unlocking alternative pathway to I 0 /I + redox, preferably in noncorrosive dilute electrolytes, is a crucial solution. Here, we report a pathway towards more thermodynamically favorable I 0 /I + redox, via a unique carbon-halogen bond substitution. This pathway is realized with a low-concentrated (0.7 M), noncorrosive organohalide additive (2-bromoacetamide, BrAce), triggering a reversible Br-C···I (0) and C-I (+) -Br bond substitution. Compared with conventional interhalogen bonding (I-Br) pathway, this pathway synchronously lowers the barrier for I⁰/I⁺ redox and strengthens the anti-hydrolysis of I + species, by elaborately regulating axial δ hole activity of interhalogen bond (I (δ+) -Br). Notably, this pathway enables sustainable operation of four-electron Zn | |I 2 batteries with high I 2 loading (8.6 ~ 24.0 mg cm -2 ), featuring improved performances: (1) high I 2 utilizations (55% ~ 80%) at high rates (5.8 ~ 46.4 mA cm -2 ), (2) long lifespan ( $$ > $$ > 400 cycles) with practical areal capacity ( ~ 3.85 mA h cm -2 ) and 99.5% retention even at 47.5 mA cm -2 . This pathway opens an exciting research direction to unlock unusual halogen chemistry for scalable, high-energy, sustainable aqueous batteries.
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