論文DOI：10.1016/j.ensm.2025.104527
中性水系有機(jī)氧化還原液流電池（AORFBs）的發(fā)展因有機(jī)電解液材料的穩(wěn)定性不足而受到嚴(yán)重制約，尤其是在長時(shí)間的氧化還原過程中表現(xiàn)尤為明顯。本工作通過咪唑驅(qū)動(dòng)的多氫鍵工程策略，開發(fā)了具有卓越溶解性（1.43 M）和構(gòu)型穩(wěn)定性（核獨(dú)立化學(xué)位移值NICS：-18.544 → -14.577）的萘二酰亞胺（NDI）衍生物。分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征，定量驗(yàn)證了涉及（i）定向羰基、（ii）咪唑基團(tuán)和（iii）跨越萘二甲酰亞胺核心及烷基鏈末端的羥基的協(xié)同氫鍵網(wǎng)絡(luò)。在1 M電池循環(huán)中展現(xiàn)出前所未有的穩(wěn)定性——在700次循環(huán)（27天）中每日容量保持率高達(dá)99.9355%。本工作通過咪唑調(diào)控的層級(jí)氫鍵結(jié)構(gòu)，克服了萘二酰亞胺材料在水系有機(jī)氧化還原液流電池中固有的溶解性與穩(wěn)定性之間的權(quán)衡難題。
面對(duì)全球?qū)Π踩咝?chǔ)能方案的迫切需求，中性水系有機(jī)液流電池（AORFBs）因其高安全性和環(huán)境友好性成為備受關(guān)注的下一代儲(chǔ)能技術(shù)。AORFBs采用可調(diào)控的小分子有機(jī)電解質(zhì)，具有合成簡便、成本低及多電子轉(zhuǎn)移等優(yōu)勢，其中萘二酰亞胺衍生物作為負(fù)極材料，憑借其穩(wěn)定的雙電子氧化還原特性和可功能化分子結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出高理論容量和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。相較于傳統(tǒng)單電子存儲(chǔ)系統(tǒng)，其理論容量可提升100%。通過季銨鹽改性技術(shù)，何剛研究團(tuán)隊(duì)成功合成了NDI、PDI和TPDI等改性芳族二亞胺材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能[1]。此外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)布了一類具有協(xié)同p-p堆積和氫鍵網(wǎng)絡(luò)作用的新型萘二酰亞胺材料（siol-NDI、diol-NDI和dex-NDI），顯示出巨大的商業(yè)應(yīng)用潛力[2]。在國際研究領(lǐng)域，Byon等人設(shè)計(jì)了一系列萘二酰亞胺材料（K2-BNDI、A2+-Et-NDI和4A4+-NDI）作為RFBs的負(fù)極電解液材料，同樣展現(xiàn)出優(yōu)異的性能[3]。研究證實(shí)，這些材料在溶液中的p-p堆積作用能有效抑制自由基活性，從而提升電化學(xué)過程的穩(wěn)定性。上述研究成果無疑進(jìn)一步證明了萘二酰亞胺及其衍生物作為中性AORFBs的負(fù)極材料的巨大潛力，為未來商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)烷基鏈修飾策略在提升水溶性的同時(shí)，難以有效構(gòu)建豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，限制了材料性能的進(jìn)一步提升。作為具有五元環(huán)結(jié)構(gòu)和明顯吸電子能力的芳香化合物，咪唑在離子液體、電致變色技術(shù)及液流電池等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，其獨(dú)特的陰離子氫鍵形成能力可有效提升材料溶解度?；谶溥虻莫?dú)特性質(zhì)，我們課題組創(chuàng)新性地將兩種含水溶性中心的芳香烴結(jié)構(gòu)，甲基咪唑和1-（2-羥乙基）咪唑引入萘二酰亞胺體系，成功合成三種新型分子：(1) NDI-C2-MzMe、(2) NDI-C3-MeMz、(3) NDI-C3-MzOH。
本研究創(chuàng)新性地引入甲基咪唑和
