廈門大學楊勇團隊和新加坡國立大學LOH Kian Ping團隊：超共軛含氮雜環有機電極材料及反應機理研究取得重要進展

【成果簡介】

近日，來自廈門大學的楊勇教授課題組與新加坡國立大學LOH Kian Ping教授課題組合作, 在可充鋰電池新型有機電極材料及其反應機理的研究課題取得重要進展。相關研究成果以" Reversible multi-electron redox chemistry of π-conjugated N-containing heteroaromatic molecule-based organic cathodes" 為題, 發表在 Nature Energy上。

【圖文導讀】

圖1 氧化還原有機分子的合成方法

a）三種常規製備途徑

b）合成擴展的π共軛雜芳族分子的融合策略

c）喹喔啉衍生物的合成方案

圖2 喹喔啉的化學結構和能量圖及其衍生物

a）喹喔啉及其衍生物的化學結構，二喹喔啉（2Q）和三喹喔啉（3Q）

b）使用DFT方法在DME溶劑中用B3LYP / 6-31 + G（d，p）獲得的分子的相對能量和優化結構的計算

c）500μm尺度的晶體的照片圖像

d,e）三喹喔啉的單晶結構

【研究內容】

有機電極材料因其具有質量比容量高、環境友好與並可再生及異型加工性好等特點，成為新一代柔性電池及儲能電池的關注熱點之一. 由於有機電極材料的電子電導低及循環性能差等弱點，使得其在邁向商業應用時遇到不少困難。該研究工作選擇一種含氮官能團作為電化學活性位, 成功合成一類具有大π共軛三聚的喹喔啉(Quinoxaline)衍生物, 該材料在1.2-3.9V 的電位區間, 400mA/g的電流密度條件下，可逆充放電容量達到395mAh/g, 而在8A/g 的電流密度下，10000次充放電循環後，容量保持率可達到70%。尤為重要的是，該工作通過15N標記的高分辨固體核磁共振技術並輔助理論計算結果，清晰解析出該化合物的多步逐一鋰化的電化學反應機制，為認識與發展該類新型有機電極材料提供了重要的理論指導和可供借鑒的表徵方法。

楊勇教授課題組長期從事鋰/鈉離子電池電極材料及其固體核磁譜技術的研究，近年來在新型電極材料、固體電解質及其固體核磁譜技術應用上取得不少突出的研究成果，楊勇教授近3年多次應邀在國際上學術會議上做邀請報告，並擔任多個國際學術會議學術委員會的成員，並於2016年6月起應邀擔任國際學術期刊J Power Sources 的主編（Editor）。

文獻鏈接：Reversible multi-electron redox chemistry of π-conjugated N-containing heteroaromatic molecule-based organic cathodes.（見下方「閱讀原文」）

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