В последнее время, Шанхайский институт керамики, Китайская академия наук исследователь Лю Цзяньцзюнь, команды и Huazhong университета науки профессор Хуан Yunhui команды в рамках совместных исследований, проектирования трехмерные складные органические совместно договорился с молекулой ярмо сборки нано-металл органической основы перехода ионов металла (MOF) материалы perylenetetracarboxylic Формиат цинка (Zn-PTCA), первый прорыв в электрохимической активации конъюгированного карбоциклического натриевого хранилища, значительно улучшил емкость хранения натрия на электродах, создав новую идею для дальнейшего проектирования новых материалов с высокой удельной емкостью. Журнал был опубликован.
Наноматериалы MOF с трехмерной структурой пор главным образом самоорганизуются ионами переходных металлов (или нанокластерами) и органическими лигандами. Они характеризуются легкой регуляцией структуры пор, высокой удельной поверхности и обильными поверхностными функциональными группами при адсорбции и разделении газа. nanocatalysis аспект имеет широкое применение. Однако из-за ограниченности удельной мощности, в значительной степени ограничивает применение электрохимического материала накопления энергии. ион натрия материалов батареи, например, участок хранения металла натрия ионов натрия батареи материала электрода, главным образом, органические На поверхностных богатых функциональных группах (C = O, C≡N) электронно-стабильное хранение может быть достигнуто с помощью механизма двойной перегруппировки двойной связи в функциональной группе и структурном каркасном сопряженном кольце. Однако трудно встраивать MOF-материалы из-за большего радиуса ионов натрия. конъюгированный органическая межслойная скелета, а также разрушение прослойка ионов натрия внедренного межслойной ван-дер-ваальсовых сил и конъюгированный карбоциклический слабой силы между ионами натрия и т.п. причин конъюгированный карбоциклический трудно хранить (SP2 органические структурные рамки -C), что, в свою очередь, приводит к меньшей реверсивной удельной емкости материала MOF. Поэтому электрохимическая активность активированного конъюгированного карбоциклического натриевого хранилища необходима для увеличения емкости электрода. , но это более сложно.
Команда Лю Цзяньцзюнь в сочетании с первым принципом расчета электрохимического моделирования молекулярной динамики, анализа электронной структуры, обнаружила, что трехмерные веерообразные металлические органические материалы обладают характеристиками соприкасающихся углеродных колец sp2-C, хранящими натриевые ионы, для получения конъюгированного углеродного кольца Теоретический расчет и экспериментальная проверка натрия. Было обнаружено, что замена ионов натрия стабильным гексакоординированным переходным металлом может превратить слоистый фталоцианат натрия в трехмерный фтороподобный фталат цинка, а координационная химическая связь переходного металла заменяет органический слой. Ван-дер-Ваальса, образование открытой пространственной структуры не только устраняет влияние силы хранения натрия Ван-дер-Ваальса, но и увеличивает скорость кинетики миграции Na +. Вычисленные электрохимические результаты согласуются с экспериментальной электрохимической характеристикой, которая подтверждает Na + в Zn-PTCA. Двухстадийная реакция интеркаляции натрия с функциональной группой -COO-, Na + и конъюгированным карбоциклическим sp2-C достигала относительно высокой удельной емкости 357 мА · ч г-1. Спектры in-situ XRD, ЯМР и ИК процесса заряда и разряда показали После того, как материал находится под низким напряжением разряда и повторяется много раз, структурная рама все еще имеет хорошую стабильность.
Исследовательская работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок, Национальным научным фондом Китая и Проектом генома в Шанхае.
Структурный дизайн от Na-PTCA до Zn-PTCA и предсказанные хранилища натрия
Место вставки иона натрия в Zn-PTCA (A), встроенное напряжение (B) и канал миграции (C)
Электрохимические характеристики Zn-PTCA: кривая заряда-разряда (A), производительность цикла (B), скорость (C) и кривая CV
