A Pyrene-4,5,9,10-Tetraone-Based Covalent Organic Framework Delivers High Specific Capacity as a Li-Ion Positive Electrode

化学 电极 共价键 离子 环境化学 有机化学 物理化学
作者
Hui Gao,Alex R. Neale,Qiang Zhu,Mounib Bahri,Xue Wang,Haofan Yang,Yongjie Xu,Rob Clowes,Nigel D. Browning,Marc A. Little,Laurence J. Hardwick,Andrew I. Cooper
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (21): 9434-9442 被引量:202
标识
DOI:10.1021/jacs.2c02196
摘要

Electrochemically active covalent organic frameworks (COFs) are promising electrode materials for Li-ion batteries. However, improving the specific capacities of COF-based electrodes requires materials with increased conductivity and a higher concentration of redox-active groups. Here, we designed a series of pyrene-4,5,9,10-tetraone COF (PT-COF) and carbon nanotube (CNT) composites (denoted as PT-COFX, where X = 10, 30, and 50 wt % of CNT) to address these challenges. Among the composites, PT-COF50 achieved a capacity of up to 280 mAh g-1 as normalized to the active COF material at a current density of 200 mA g-1, which is the highest capacity reported for a COF-based composite cathode electrode to date. Furthermore, PT-COF50 exhibited excellent rate performance, delivering a capacity of 229 mAh g-1 at 5000 mA g-1 (18.5C). Using operando Raman microscopy the reversible transformation of the redox-active carbonyl groups of PT-COF was determined, which rationalizes an overall 4 e-/4 Li+ redox process per pyrene-4,5,9,10-tetraone unit, accounting for its superior performance as a Li-ion battery electrode.
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