得益于高豐度、低毒性和高氧化還原電位等優(yōu)勢，碘在電化學(xué)儲能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，盡管作為碘電池陰極的各類碳材料，具有高導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，但都缺乏對碘三離子（I3?）的強錨定位點，導(dǎo)致不可控的穿梭效應(yīng)，對比容量、循環(huán)性能和庫侖效率產(chǎn)生負面影響。
配位超分子網(wǎng)絡(luò)（CSNs)，包括配位聚合物、金屬有機框架（MOFs）、簡單的金屬有機配合物和低聚配位實體，具有諸如可設(shè)計結(jié)構(gòu)、可調(diào)活性位點、高孔隙率，及在各類電解質(zhì)中的較高穩(wěn)定性，這都非常有利于用作碘電池的陰極。此外，二維配位超分子網(wǎng)絡(luò)（2D CSNs）由于其大的比表面積、高電導(dǎo)率、豐富的活性位點及其高可達性，更有助于 I3?的高效錨定和轉(zhuǎn)化。據(jù)此，中山大學(xué)楊洋溢教授課題組通過簡單溶劑熱法制備了一種名為 Zn-TCPP 的二維卟啉-CSN的碘-雙離子電池（DIBs）正極，并與ZnSO4 + KI水性電解質(zhì)和鋅金屬陽極一起組裝成水系雙離子電池，展示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。作者通過分子軌道理論說明了I3?和卟啉氮之間的電荷轉(zhuǎn)移相互作用，并利用紫外可見吸收光譜和拉曼光譜證實了這一點，此外密度泛函理論（DFT）計算也對此加以驗證。同時，計算流體動力學(xué)（CFD）仿真計算表明 Zn-TCPP 的二維層狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更有利于I3?的滲透和錨定。該工作從二維層狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度，利用分子軌道理論及計算流體動力學(xué)等探索了二維卟啉-CSN對I3?的錨定效應(yīng)，拓寬了二維CSNs在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)先進的碘-DIBs正極材料，助力DIBs的進一步研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
論文信息 A Two-Dimensional Porphyrin Coordination Supramolecular Network Cathode for High-Performance Aqueous Dual-Ion Battery Yuanming Tan, Zhao Chen, Zengren Tao, Anding Wang, Shimei Lai, Prof. Yangyi Yang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202217744
