Molecular engineering of interplanar spacing via π-conjugated phenothiazine linkages for high-power 2D covalent organic framework batteries

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作者
Weiping Li,Wen Xie,Fei Shao,Ju Qian,Shantao Han,Peng Wen,Jun Lin,Mao Chen,Xinrong Lin
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:9 (1): 117-129 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2022.09.015
摘要

Two-dimensional covalent organic frameworks (2D-COFs) represent an attractive platform for organic electrodes, yet they suffer from inferior power capability caused by poor Li+ intercalation in densely π-π stacked interlayers. Herein, featuring nonplanar π-conjugated heteroaromatic linkages, phenothiazine with “butterfly” conformation is integrated as a structural scaffold to instantly tune packing topology and interplanar distance. Corrugated 2D-COF maintaining aromaticity and crystallinity is formed with good electroactivity, enlarged d-spacing, and accessibility to interior Li+-interactive sites, which results in remarkable capacity of 220–773 mAh g−1 at high rates ranging from 100 to 3,200 mA g−1 with a good cycle life, bridging the performance gap between power and energy. Mechanistic studies reveal a dual storage mechanism with dominating capacitive storage promoted by π-Li+ interactions, as well as enhanced redox activity of carbonyls for better chemical accessibility. These findings elucidate inherent effects of molecular-level d-spacing regulation enabled by heteroaromatics, presenting a new design concept of interlayer engineering for organic porous energy storage materials.
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