Electronically Modulated TpPa COF as a High‐Performance Iodine Host for Zn–I 2 Batteries

水溶液 电化学 共价键 阴极 容量损失 化学 拉曼光谱 纳米技术 材料科学 化学工程 极化(电化学) 氧化还原 无机化学 金属 储能 金属有机骨架 多孔性 双重角色 电池(电) 降级(电信)
作者
Yunlong Sun,Qiwang Shao,Shuangshou Wang,Yinghua Yu,Jie Xu,Enbo Zhou,Donghong Wang,Dongming Liu,Lei Zhu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (51): e10396-e10396 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202510396
摘要

Abstract The practical application of aqueous zinc–iodine (Zn–I 2 ) batteries is hindered by poor iodine utilization and limited cycling stability, primarily due to the shuttle effect of soluble polyiodide species. In this study, side‐group engineering is employed to modulate the electronic structure of hexagonal porous TpPa covalent organic frameworks (COFs). Among the engineered COFs, the nitro‐functionalized TpPa COF (TpPa‐NO 2 ) outperforms in both I 2 utilization and cycling stability, achieving a high specific capacity of ≈183 mAh g ‒1 at 0.1 A g ‒1 and a remarkable capacity retention of 84.3% after 10 000 cycles at 5 A g ‒1 . Notably, the TpPa‐NO 2 ‐based Zn–I 2 batteries maintain mitigated polarization and stable operation under harsh conditions, including low temperatures (−5 °C) and high iodine loading (≈15 mg cm ‒2 ). Theoretical simulations reveal that the electronic modulation reduces the TpPa COF's band gap and enhances the affinity for polyiodide species, thus improving the I 2 utilization. These findings are further supported by in situ Raman and UV–vis spectroscopy, which identified a dominant I ‒ /I 5 ‒ redox pathway and confirmed suppression of polyiodide dissolution. This work underscores the promise of electronically tailored COFs as advanced cathode hosts for long‐life Zn‐I 2 batteries, offering an effective dual strategy to enhance iodine utilization and mitigate the shuttle effect.
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