中山大学 朱克龙教授 Angew: 制备氮杂冠醚嵌入共价有机框架以增强水性镍锌电池的阴极性能

冠醚（CEs）以其优异的主客体络合性而闻名，可作为共价有机框架（COFs）中的连接体，提高催化和主客体结合性能。然而，它们高度灵活的构象和较低的对称性限制了CE衍生COF的多样性。在这里，我们引入了一种新型C3对称氮杂冠醚 (ACE) 构建块，即三(吡啶并)[18]冠-6 (TPy18C6)，用于通过网状合成制造COF（ACE-COF-1和ACE-COF-2）。这种方法可将CEs精确地整合到COF中，在保持结晶度的同时提高Ni2+离子的固定性。所制备的掺杂Ni2+的COFs（Ni@ACE-COF-1和Ni@ACE-COF-2）作为水性碱性镍锌电池的阴极材料，具有很高的放电容量（在8 mA-cm-2 条件下高达1.27 mAh-cm-2）和优异的循环稳定性（大于1000 次循环）。这项研究是大环化学与网状化学无缝结合的典范，为将大环-合成子驱动的策略扩展到多种多样的COF构建块，最终产生针对特定应用的先进材料奠定了基础。

图文简介

0

( a ) [ 18 ]冠- 6 ( 18C6 )到三(吡啶) - [ 18 ]冠- 6 ( TPy18C6 )演化的图式表示。( b ) TPy18C6嵌入的COFs的特性及其在水系Ni-Zn电池高性能阴极中的应用。

Ace-Cof-1和Ace-Cof-2的构建

ACE-COF-1 ( a )和ACE-COF-2 ( b )的PXRD图样：实验图样(红色)，Pawley精修图样(黑色)和对应的差值图(灰色)，重叠AA堆积模式的模拟图样(蓝色)和交错AB堆积模式的模拟图样(橙色)。重建了ACE-COF-1 ( c )和ACE-COF-2 ( d )的顶视图和侧视图的AA-stacking晶体结构。重建了ACE-COF-1 ( e )和ACE-COF-2 ( f )的AB - stacking晶体的顶视图和侧视图。

( a )比较ACE-COF-1和Ni@ACE-COF-1的XPS图谱。( b ) Ni@ACE-COF-1的Ni 2p XPS分析。( c ) AACE-COF-1和Ni@ACE-COF-1的N 1s XPS对比分析。( d ) Ni@ACE-COF-1的SEM及相应的EDS图谱。

( a ) Ni@ACE-COF-1//Zn电池在不同扫速下的CV曲线。( b )不同电流密度下Ni@ACE-COF-1//Zn电池的GCD曲线。( c ) Ni@ACE-COF-1//Zn电池的倍率性能。( d ) Ni@ACE-COF-1//电池在40 mA · cm-2电流密度下的长期循环稳定性和库伦效率图。( E ) Ragone图。将Ni@ACE-COF-1//Zn和Ni@ACE-COF-2//Zn电池与其他先前报道的对电极进行比较。( f )通过软包装的Ni@ACE-COF-1//Zn电池供电的LED灯的演示。

论文信息

通讯作者：Kelong Zhu