當(dāng)前，開發(fā)高性能、可持續(xù)的綠色電極材料對(duì)鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。作為一種高性能的能量存儲(chǔ)裝置，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各類移動(dòng)電源和其他可再生清潔能源載體上。

新材料制備及應(yīng)用在正極電池中的循環(huán)性能（圖片來源：云南大學(xué)）

與傳統(tǒng)無機(jī)化合物相比，共價(jià)有機(jī)框架是一類組分結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、強(qiáng)穩(wěn)定性的多孔晶態(tài)框架材料，因其功能性有機(jī)單元的框架結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出開放的離子和電子傳輸通道，近年來出現(xiàn)在電化學(xué)儲(chǔ)存的舞臺(tái)上。作為一種理想的鋰儲(chǔ)存電極材料，共價(jià)有機(jī)框架仍存在許多亟待解決的問題，如較低的氧化還原位點(diǎn)利用率，直接影響了其可逆儲(chǔ)能容量。因此，如何精確設(shè)計(jì)原子層結(jié)構(gòu)的共價(jià)有機(jī)框架分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料結(jié)構(gòu)層間或內(nèi)部活性儲(chǔ)鋰位點(diǎn)的充分激發(fā)與利用,將對(duì)共價(jià)有機(jī)框架類材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的思路。

針對(duì)這些問題，課題組首次提出了羰基和氰基雙重有效氧化還原位點(diǎn)修飾的原子層共價(jià)有機(jī)框架，并成功應(yīng)用于鋰離子電池正極材料中。他們?cè)谇捌谘芯炕A(chǔ)上，通過分子層面的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了獨(dú)特的類花瓣二維原子層共價(jià)有機(jī)框架，具有較高的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，引入原子層結(jié)構(gòu)調(diào)控的羰基和氰基雙活性位，可顯著增強(qiáng)共價(jià)有機(jī)框架用作鋰離子電池正極的電化學(xué)活性和容量。

課題組通過機(jī)械剝離的方法，將團(tuán)簇狀具有光導(dǎo)性的共價(jià)有機(jī)框架材料剝離，得到原子層共價(jià)有機(jī)框架材料。當(dāng)其作為鋰離子電池正極時(shí)，在200毫安時(shí)/克的電流密度下，經(jīng)過500次循環(huán)，仍保持96毫安時(shí)/克的高容量，放電效率接近100%，原子層共價(jià)有機(jī)框架材料的電化學(xué)性能，優(yōu)于最新報(bào)道的其他同類有機(jī)化合物。