Recientemente, Liu Jianjun, investigador del Instituto de Cerámica de Shanghai, Academia China de Ciencias, y Huang Yunhui, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, diseñaron una disposición de abanico tridimensional de moléculas conjugadas orgánicas y coordinaron la coordinación de iones metálicos para construir un material de estructura orgánica nano-metal (MOF). El formato de zinc (Zn-PTCA), el primer avance en la activación electroquímica del almacenamiento de sodio carbocíclico conjugado, mejoró en gran medida la capacidad de almacenamiento de sodio del material del electrodo, proporcionando una nueva idea para el diseño adicional de nuevos materiales de electrodo de alta capacidad específica. La revista fue publicada.
Los nanomateriales de MOF con estructura de poros tridimensional se ensamblan principalmente por iones de metales de transición (o nanoclusters) y ligandos orgánicos. Se caracterizan por una fácil regulación de la estructura de poros, un área de superficie específica alta y abundantes grupos funcionales de superficie en la adsorción y separación de gases. La nanocatálisis ha sido ampliamente utilizada. Sin embargo, debido a la limitada capacidad específica, está muy limitada en la aplicación de materiales de almacenamiento de energía electroquímica. Tomando como ejemplo los materiales de las baterías de iones de sodio, los sitios de almacenamiento de sodio de los materiales de electrodos orgánicos metálicos en las baterías de iones de sodio se concentran principalmente. En la superficie de los grupos funcionales ricos (C = O, C≡N), el almacenamiento estable de electrones se puede lograr mediante un único mecanismo de reordenamiento de doble enlace en el grupo funcional y el anillo conjugado del marco estructural. Sin embargo, es difícil incrustar materiales de MOF debido al radio mayor de iones de sodio. La intercalación del marco conjugado orgánico y la destrucción de la capa de van der Waals entre las capas de intercalación de ión sodio y la interacción más débil entre los anillos carbocíclicos conjugados y similares hacen que los iones de sodio sean difíciles de almacenar en la estructura orgánica del anillo carbocíclico conjugado esqueleto (sp2). -C), que a su vez conduce a una menor capacidad específica reversible del material de MOF. Por lo tanto, la actividad electroquímica del almacenamiento de sodio carbocíclico conjugado activado es esencial para aumentar la capacidad de almacenamiento del material del electrodo. , pero es más desafiante.
El equipo de Liu Jianjun combinado con el primer cálculo de electroquímico, simulación de dinámica molecular, análisis de estructura electrónica, encontró que los materiales orgánicos de metal en forma de abanico tridimensional tienen las características del almacenamiento de anillo de carbono conjugado sp2-C, para lograr el almacenamiento de anillo de carbono conjugado Diseño teórico y verificación experimental de sodio. Se encontró que la sustitución de iones de sodio por un metal de transición de coordenadas hexaestables estables puede convertir el ftalocianato de sodio en capas en un ftalato de zinc tridimensional similar a un ventilador, y el enlace químico de coordinación de metales de transición reemplaza a la capa orgánica. La fuerza de Van der Waals, la formación de estructura de espacio abierto, no solo elimina la influencia de la fuerza de almacenamiento de sodio de der der, sino que también aumenta la cinética de migración de Na +. Los resultados electroquímicos calculados son consistentes con la caracterización electroquímica experimental, que confirma Na + en Zn-PTCA. La reacción de intercalación de sodio en dos etapas con el grupo funcional -COO-, Na + y el carbocíclico conjugado sp2-C alcanzó una capacidad específica relativamente alta de 357 mAh g-1. Los espectros in situ situ XRD, NMR e IR del proceso de carga y descarga mostraron Después de que el material está bajo bajo voltaje de descarga y se repite varias veces, el marco estructural aún tiene buena estabilidad.
El trabajo de investigación fue apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Proyecto de Genoma de Materiales de Shanghai.
Diseño estructural de Na-PTCA a Zn-PTCA y sitios de almacenamiento de sodio predichos
Lugar de inserción del ion sodio en Zn-PTCA (A), voltaje incorporado (B) y canal de migración (C)
Rendimiento electroquímico de Zn-PTCA: curva de carga-descarga (A), rendimiento del ciclo (B), rendimiento de velocidad (C) y curva CV
