Tunable Redox Chemistry and Stability of Radical Intermediates in 2D Covalent Organic Frameworks for High Performance Sodium Ion Batteries

化学 氧化还原 反应性(心理学) 电化学 激进的 共价键 阳极 自由基离子 堆积 组合化学 反应中间体 光化学 无机化学 离子 电极 有机化学 催化作用 物理化学 医学 病理 替代医学
作者
Shuai Gu,Shaofei Wu,Lujie Cao,Minchan Li,Ning Qin,Jian Zhu,Zhiqiang Wang,Yingzhi Li,Zhiqiang Li,Jingjing Chen,Zhouguang Lu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (24): 9623-9628 被引量:398
标识
DOI:10.1021/jacs.9b03467
摘要

Radicals are inevitable intermediates during the charging and discharging of organic redox electrodes. The increase of the reactivity of the radical intermediates is desirable to maximize the capacity and enhance the rate capability but is detrimental to cycling stability. Therefore, it is a great challenge to controllably balance the redox reactivity and stability of radical intermediates to optimize the electrochemical properties with a good combination of high specific capacity, excellent rate capability, and long-term cycle life. Herein, we reported the redox and tunable stability of radical intermediates in covalent organic frameworks (COFs) considered as high capacity and stable anode for sodium-ion batteries. The comprehensive characterizations combined with theoretical simulation confirmed that the redox of C-O· and α-C radical intermediates play an important role in the sodiation/desodiation process. Specifically, the stacking behavior could be feasibly tuned by the thickness of 2D COFs, essentially determining the redox reactivity and stability of the α-C radical intermediates and their contributive capacity. The modulation of reversible redox chemistry and stabilization mechanism of radical intermediates in COFs offers a novel entry to design novel high performance organic electrode materials for energy storage and conversion.
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