​姜建壮/王康JACS：共轭三维COF助力锂硫电池2C下500次稳定循环！

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由于缺乏足够的共轭三维构建块，开发共轭三维共价有机框架(COF)仍然是一项极其艰巨的任务。

北京科技大学姜建壮、王康等通过8个连接的戊烯基D2h构建块(DMOPTP)和4个连接的方形平面接头之间的缩合合成了两种三维COF（命名为3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2）。

图1. 3D-scu-COF的合成和拓扑结构示意

前一个结构单元的三维同芳族共轭结构与后一个连接单元的二维共轭结构相结合，使得π电子在两个COF的整个框架上离域，从而赋予它们3.2-3.5×10^-5 S cm⁻¹的优异电导率。特别是，DMOPTP 的3D刚性四棱柱形状引导形成双重互穿的scu-3D拓扑和高连通永久孔隙度，因此3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2分别具有2340和1602 m2 g^-1 的大BET表面积，这确保了有效的小分子存储和传质特性。

图2. 3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2的结构表征

与良好的电荷传输特性相结合，3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2成为具有高容量（0.2 C时为1035-1155 mAh g^-1）锂硫电池(LSB)有前景的硫主体材料，此外它们还具有优异的倍率性能（5.0 C时为713–757 mA h g^–1）和出色的循环稳定性（2.0 C下500次循环后容量保持率71–83%），超过了迄今为止报道的大多数有机LSB正极。这项工作将有助于促进新兴三维COFs的发展，这些材料在不同领域具有应用潜力。

图3. LSB的性能

Conjugated Three-Dimensional High-Connected Covalent Organic Frameworks for Lithium–Sulfur Batteries. Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c07596

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