Dynamically Ion‐Coordinated Bipolar Organodichalcogenide Cathodes Enabling High‐Energy and Durable Aqueous Zn Batteries

硫族元素 水溶液 二硒醚 阴极 价(化学) 氧化还原 离子 材料科学 高价分子 介孔材料 纳米技术 无机化学 催化作用 组合化学 化学 物理化学 有机化学 试剂
作者
Jianping Yan,Bo Wang,Yongchao Tang,Wencheng Du,Minghui Ye,Yufei Zhang,Zhipeng Wen,Xiaoqing Liu,Cheng Chao Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (15) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/anie.202400121
摘要

Abstract Bipolar organic cathode materials (OCMs) implementing cation/anion storage mechanisms are promising for high‐energy aqueous Zn batteries (AZBs). However, conventional organic functional group active sites in OCMs usually fail to sufficiently unlock the high‐voltage/capacity merits. Herein, we initially report dynamically ion‐coordinated bipolar OCMs as cathodes with chalcogen active sites to solve this issue. Unlike conventional organic functional groups, chalcogens bonded with conjugated group undergo multielectron‐involved positive‐valence oxidation and negative‐valence reduction, affording higher redox potentials and reversible capacities. With phenyl diselenide (PhSe‐SePh, PDSe) as a proof of concept, it exhibits a conversion pathway from (PhSe) − to (PhSe‐SePh) 0 and then to (PhSe) + as unveiled by characterization and theoretical simulation, where the diselenide bonds are periodically broken and healed, dynamically coordinating with ions (Zn 2+ and OTF − ). When confined into ordered mesoporous carbon (CMK‐3), the dissolution of PDSe intermediates is greatly inhibited to obtain an ultralong lifespan without voltage/capacity compromise. The PDSe/CMK‐3 || Zn batteries display high reversibility capacity (621.4 mAh g PDSe −1 ), distinct discharge plateau (up to 1.4 V), high energy density (578.3 Wh kg PDSe −1 ), and ultralong lifespan (12 000 cycles) at 10 A g −1 , far outperforming conventional bipolar OCMs. This work sheds new light on conversion‐type active site engineering for high‐voltage/capacity bipolar OCMs towards high‐energy AZBs.

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