Synergetic Coupling of Redox‐Active Sites on Organic Electrode Material for Robust and High‐Performance Sodium‐Ion Storage

氧化还原 傅里叶变换红外光谱 电子转移 亚胺 化学 分子 材料科学 光化学 化学工程 无机化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Yang Pan,Zhenzhen Wu,Shouyue Wang,Meng Li,Hao Chen,Shangshu Qian,Mengting Zheng,Yun Wang,Sheng Li,Jingxia Qiu,Shanqing Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (49): e202311460-e202311460 被引量:27
标识
DOI:10.1002/anie.202311460
摘要

Abstract Organic electrode materials (OEMs), valued for their sustainability and structural tunability, have been attracting increasing attention for wide application in sodium‐ion batteries (SIBs) and other rechargeable batteries. However, most OEMs are plagued with insufficient specific capacity or poor cycling stability. Therefore, it′s imperative to enhance their specific capacity and cycling stability through molecular design. Herein, we designed and synthesized a heteroaromatic molecule 2,3,8,9,14,15‐hexanol hexaazatrinaphthalene (HATN‐6OH) by the synergetic coupling of catechol (the precursor of ortho ‐quinone)/ ortho ‐quinone functional groups and HATN conjugated core structures. The abundance of catechol/ ortho ‐quinone and imine redox‐active moieties delivers a high specific capacity of nine‐electron transfer for SIBs. Most notably, the π–π interactions and intermolecular hydrogen bond forces among HATN‐6OH molecules secure the stable long‐term cycling performance of SIBs. Consequently, the as‐prepared HATN‐6OH electrode exhibited a high specific capacity (554 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ), excellent rate capability (202 mAh g −1 at 10 A g −1 ), and stable long‐term cycling performance (73 % after 3000 cycles at 10 A g −1 ) in SIBs. Additionally, the nine‐electron transfer mechanism is confirmed by systematic density functional theory (DFT) calculation, attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR‐FTIR), and Raman analysis. The achievement of the synergetic coupling of the redox‐active sites on OEMs could be an important key to the enhancement of SIBs and other metal‐ion batteries.
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