Unveiling Phenoxazine's Unique Reversible Two‐Electron Transfer Process and Stable Redox Intermediates for High‐Performance Aqueous Zinc‐ion Batteries

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作者
Jiaoyi Ning,Xiaopeng Zhang,D. Z. Xie,Qiang He,Jun Hu,Jinjing Tang,Rui Li,Hong Meng,Ke Yao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202319796
摘要

The low specific capacity determined by the limited electron transfer of p-type cathode materials is the main obstruction to their application towards high-performance aqueous zinc-ion batteries (ZIBs). To overcome this challenge, boosting multi-electron transfer is essential for improving the charge storage capacity. Here, as a typical heteroaromatic p-type material, we unveil the unique reversible two-electron redox properties of phenoxazine in the aqueous electrolytes for the first time. The second oxidation process is stabilized in the aqueous electrolytes, a notable contrast to its less reversibility in the non-aqueous electrolytes. A comprehensive investigation of the redox chemistry mechanism demonstrates remarkably stable redox intermediates, including a stable cation radical PNO⋅+ characterized by effective electron delocalization and a closed-shell state dication PNO2+. Meanwhile, the heightened aromaticity contributes to superior structural stability during the redox process, distinguishing it from phenazine, which features a non-equivalent hybridized sp2-N motif. Leveraging these synergistic advantages, the PNO electrodes deliver a high capacity of 215 mAh g-1 compared to other p-type materials, and impressive long cycling stability with 100 % capacity retention over 3500 cycles. This work marks a crucial step forward in advanced organic electrodes based on multi-electron transfer phenoxazine moieties for high-performance aqueous ZIBs.
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