​同济刘明贤Angew：有机超结构中非金属NH4+/H+电荷载体共储能机制构建高性能水系锌-有机电池

有机小分子作为锌有机电池的高容量正极引起了人们的广泛兴趣，但因其容易溶解在电解质中而受到限制。

在此，同济大学刘明贤团队通过2,7-二硝基芘-4,5,9,10-四酮(DNPT)和NH₄⁺电荷载体之间形成超稳定的氢键网络。具有八个活性羰基/硝基中心(氢键受体)的DNPT只适用于柔性四面体NH₄⁺离子(氢键供体)的氧化还原，但由于较低的活化能(0.14与0.31 eV)而排除较大且刚性的Zn²⁺。NH₄⁺配位的氢键化学克服了DNPT在电解质中的稳定性障碍，并提供了非金属载流子的快速扩散动力学。

因此，稳定的NH₄⁺与DNPT正极配位可获得高容量(320 mAh g^-1)，高倍率能力(50 A g^-1)和超长寿命(60000 次循环)。

图1. 结构表征

总之，DNPT和NH₄⁺电荷载体之间的超稳定氢键网络被证明可以解决有机小分子在水溶液电解质中的溶解和循环问题。由于NH₄⁺活化能较低(0.14 eV vs. Zn²⁺的0.31 eV)。具有八元活性羰基/硝基(氢键受体)的DNPT对四面体NH₄⁺ (氢键供体)具有氧化还原可达性，但不含较大的Zn²⁺，具有快速和超稳定的NH₄⁺储存能力。

NH₄⁺配位氢键化学在DNPT正极上的优点通过ZOBs的全面改进得到突出，包括高容量(320 mAh g^-1)，大电流容限(50 A g^-1)和超稳定寿命(60000次循环)。因此，该工作为抑制小分子有机正极的溶解度提供了一种新的设计理念，拓展了先进ZOBs中NH₄⁺配位氢键有机材料的化学空间。

图2. DFT计算

Non-Metallic NH4+/H+ Co-Storage in Organic Superstructures for Ultra-Fast and Long-Life Zinc−Organic Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202316835