Synthesis and Sodium-Ion Storage of Triazole-Substituted Graphdiyne

化学 三唑 组合化学 离子 有机化学
作者
Yang Kong,Yujie Wang,Yurui Xue,Qi Lu,Wenlong Yang,Guoxing Li,Taifeng Liu,Yuliang Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17376
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) have developed rapidly in recent years, confronting low capacity and poor cycling stability issues for anode material. Herein, triazole-substituted graphdiyne (TzlGDY) was designed to tune the sodium-ion insertion sequence, and an effective diyne-radical Na-storage mechanism was discovered. The distinctive diyne-ditriazole architecture actualizes a preferential Na+-N complexation, then π-bond homolysis of diyne is induced by Na+ to generate two radicals at two end carbons of diyne, and thereby two radicals capture two additional Na+ by Na+-radical coupling. This Na+-N complexation followed by the Na+-radical coupling mechanism more effectively enhances capacity compared with the reported cation-π mechanism. Furthermore, other ditriazole-N atoms chelate two more Na+. The triazole-filled nanopores and full-carbon backbone in TzlGDY effectively stabilize diyne radicals and enhance the Na+-transport kinetics. As a result, TzlGDY's anode presented almost no capacity decay over 12,000 cycles at 5 A g-1 with a final capacity of 251.7 mAh g-1. Moreover, the TzlGDY||NVP full cell delivered a high specific capacity of 114 mAh g-1 at 0.2C with a capacity retention of 81.8% and an average CE of 99.6% after 150 cycles. Our results demonstrate the diyne-radical mechanism is a new concept of energy storage and open up a new route for efficiently regulating anode materials in SIBs.
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