Two-Dimensional Covalent Organic Framework with Synergistic Active Centers for Efficient Electrochemical Sodium Storage

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作者
Meng Zhang,Yifan Tong,Zhaopeng Sun,Jiawen Wang,Yilin Lin,Fangyuan Kang,Qichun Zhang,Weiwei Huang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (12): 4873-4881 被引量:62
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00983
摘要

Benefiting from the adjustable molecule structures, abundant functional units, large specific surface areas, and ordered pores, covalent organic frameworks (COFs) are highly desirable for electrochemical energy storage. Herein, a two-dimensional COF (denoted as HHTP-TABQ) with a fully π-conjugated framework and C═N and C═O dual-active sites has been synthesized and applied as the anode in organic rechargeable sodium-ion batteries (SIBs). During the sodium-storage process, it delivered remarkable rate capability, satisfactory ultra-long cycle stability (84.5% capacity retention ratio after 1000 cycles at 5000 mA g–1), and facile charge exchange kinetics (2.49 × 10–7 cm2 s–1), which is superior among most reported COF-based electrodes. Furthermore, the sodiation mechanism was investigated by density functional theory calculations and ex situ characterizations, which confirms that the electrochemical reaction is dominated by the synergistic reaction of C═N and C═O groups. These results suggest that COFs with stable π-conjugated structures, insoluble characteristics, and abundant active sites would have great potential for practical applications in rechargeable SIBs.
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