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卟啉分子，有機鉀電池，正極材料，多電子轉(zhuǎn)移，湘潭大學(xué)

最近，湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院高平教授、劉恩輝教授團隊與德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院Mario Ruben教授團隊，德國亥姆霍茲烏爾姆研究中心MaximilianFichtner教授團隊合作，并通過分子調(diào)控，提出了一種能同時降低有機分子的溶解度和提高電子電導(dǎo)率的策略，開發(fā)了一類含卟啉結(jié)構(gòu)單元的新型正極材料（CuDEPP, 圖1）用于高性能有機鉀離子電池。該分子與自然界中的葉綠素和血紅素等動植物分子具有類似卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)，具有高度的共軛性以及多電子轉(zhuǎn)移的特點。研究者通過修飾卟啉框架上的官能團，引入具有電子導(dǎo)線功能的乙炔基，進而形成了分子間較強的陽離子-π相互作用，從而顯著提高了有機分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)充電過程中，因炔基的自聚合作用，原位構(gòu)筑了具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定電極。在200 mA g^-1的充放電流密度下，該卟啉正極材料的放電比容量為181mAh g^-1，且擁有2.8 V （vsK⁺/K）的平均放電電壓。經(jīng)過300次循環(huán)之后，其容量保持率為87%。該工作提出了具有卟啉結(jié)構(gòu)單元的有機分子可用于鉀離子電池。通過分子設(shè)計理念，引入炔基官能團，能同時改善高溶解和低電子電導(dǎo)率的問題，為開發(fā)新型有機鉀離子電池提供了新的思路。