A Dual‐Active‐Site Mechanism Enabled by a Fused Quinone Imine for Dissolution‐Resistant and High‐Capacity NH 4 + Storage

材料科学 溶解 亚胺 离域电子 化学工程 电极 电子转移 共轭体系 电导率 储能 氢气储存 水溶液 电子传输链 电化学 电阻率和电导率 组合化学 纳米技术 光化学 电池(电) 电子供体 氧化还原 带隙
作者
Wanyun Qin,Jiahui Liu,Wen Guo,Congyu Chen,Jiaqi Chang,Ping Liu,Guodong Feng,Fuxi Bao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (30) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202529819
摘要

Abstract Aqueous ammonium‐ion batteries (AAIBs) are promising for next‐generation energy storage due to their safety, abundance, and fast kinetics, yet challenges such as electrode dissolution and poor conductivity hinder their development. Herein, hexaazatribenzanthraquinone (HAQ) is synthesized via activation of −NH 2 groups in 1,2‐diaminoanthraquinone, converting them into redox‐active C═N groups. This transformation enhances active site utilization and extends the conjugated structure, suppressing dissolution and improving electronic conductivity. HAQ exhibits a narrowed HOMO‐LUMO gap (0.743 eV), indicating enhanced electron delocalization and charge transfer. It operates via a dual‐active‐site mechanism involving C═O and C═N groups, enabling a high six‐electron transfer with ultra‐low energy barriers. Consequently, HAQ delivers a high capacity of 202 mAh g −1 at 0.2 A g −1 and exceptional cyclability (90% capacity retention after 6000 cycles at 8 A g −1 ). Moreover, the HAQ//α‐MnO 2 full cell delivers a high specific capacity of 168 mAh g −1 at 0.2 A g −1 and retains 98% of its initial capacity after 5000 cycles at 2 A g −1 . A combined ex/in situ and DFT study reveals a two‐step, six‐electron NH 4 + storage mechanism regulated by reversible hydrogen bonding. This work provides an effective molecular design strategy to simultaneously enhance dissolution resistance and electronic conductivity in organic electrodes for advanced AAIBs.
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