Ionothermal Synthesis of Fully Conjugated Covalent Organic Frameworks for High‐Capacity and Ultrastable Potassium‐Ion Batteries

材料科学 热重分析 共价键 共价有机骨架 共轭体系 堆积 电导率 化学工程 纳米技术 有机化学 物理化学 聚合物 复合材料 化学 工程类 冶金
作者
Xiya Yang,Lei Gong,Kang Wang,Sihang Ma,Wenping Liu,Bowen Li,Ning Li,Houhe Pan,Xin Chen,Hailong Wang,Jiemin Liu,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (50) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/adma.202207245
摘要

Fully aromatic conjugated covalent organic frameworks (FAC-COFs) with excellent physicochemical stability have been emerging as active semiconductors for diverse potential applications. Developing efficient synthesis methods for fabricating FAC-COFs will significantly facilitate the exploration over their material and photonic/electronic functionalities. Herein, a facile solvent-free strategy is developed for the synthesis of 2D phthalocyanine-based FAC-COFs (FAC-Pc-COFs). Cyclopolymerization of benzo[1,2-b:4,5-b']bis[1,4]benzodioxin-2,3,9,10-tetracarbonitrile (BBTC) and quinoxalino[2',3':9,10]phenanthro[4,5-abc]phenazine-6,7,15,16-tetracarbonitrile (QPPTC) in ZnCl2 leads to the fast formation and isolation of BB-FAC-Pc-COF and QPP-FAC-Pc-COF, respectively. Powder X-ray diffraction and electron microscopy analysis reveal their crystalline nature with sql topology and AA stacking configuration. Thermogravimetric analysis and immersion experiment indicate their excellent stability. The conductivity test demonstrates their high conductivity of 0.93-1.94 × 10-4 S cm-1 owing to the fully π-conjugated electronic structural nature. In particular, the as-prepared FAC-Pc-COFs show high-performance K+ storage in potassium-ion batteries due to their excellent conductivity, highly ordered and robust structure, and N/O-rich framework nature. Impressively, QPP-FAC-Pc-COF shows a large reversible capacity of 424 mA h g-1 after 100 cycles at 50 mA g-1 and a capacity retention of nearly 100% at 2000 mA g-1 for over 10 000 cycles.
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