將太陽能存儲在電化學儲能器件中, 是解決太陽能間歇性供應, 實現其廣泛應用的有效方法. 傳統的方法是通過長的導線將太陽能電池與儲能裝置相連, 引入長導線會導致歐姆損耗, 從而降低太陽能的轉化和存儲效率. 設計和製備高效 (光) 電功能電極材料, 是發展和構建簡單的兩電極體系器件, 獲得高效低成本的光輔助電化學能量存儲設備的關鍵.
在國家自然科學基金, 中國科學院戰略性先導科技專項, 中國科學院納米與組裝重點實驗室等的資助下, 中科院福建物質結構研究所王要兵課題組和袁大強課題組報道了一種利用同時具有光吸收和可逆電化學能量存儲的雙功能材料, 直接將太陽能轉化為電化學能的新方法. 首先, 由袁大強課題組副研究員譚衍曦合成了具有萘二醯亞胺(NDI)和三苯胺(TPA)單元相連的共價有機骨架材料(NT-COF). NT-COF表現為填充二維多孔納米片, 高比表面積1276 m2/g. 王要兵課題組博士呂江泉對其進行了詳盡的光化學/電化學的表徵, 揭示了NT-COF內部從TPA到NDI單元高效的分子內電荷轉移以及該材料高度可逆的電化學反應. 以NT-COF為鋰離子電池的陰極材料, 光照下, 充電電壓降低0.5 V, 放電電壓增大0.5 V, 整個電池的效率提高了38.7%, 實現了對太陽能的有效利用. 該工作以同時具有可逆電化學反應和分子內電荷轉移協同作用的雙功能陰極材料為基礎, 設計了一種新型的太陽能-電化學能量轉換/存儲系統, 為替代整合的太陽能電池和電池系統提供了新的思路.
該文章第一作者是呂江泉, 共第一作者是譚衍曦, 研究成果發表在《德國應用化學》上 (Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201806596) .
圖: 共價有機框架材料結構示意圖; 右圖: 光輔助的鋰離子電池示意圖
