Novel covalent organic framework/carbon nanotube composites with multiple redox-active sites for high-performance Na storage

材料科学 碳纳米管 氧化还原 复合材料 共价键 纳米技术 有机化学 冶金 化学
作者
Wenyong Yuan,Junying Weng,M. Ding,Hui-Mei Jiang,Zhiguo Fan,Zhongjun Zhao,Pengju Zhang,Liping Xu,Pengfei Zhou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:65: 103142-103142 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103142
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have attracted great attention as promising energy storage materials due to their exceptional crystallinity, designable periodic skeletons, adjustable porous distribution, and ordered accessible nano-channels. However, the reported COF-based cathodes are hindered by unsatisfying capacity and limited rate performance because of their limited utilization of redox-active groups and poorer electrical conductivity. Herein, a novel TP-OH-COF with rich redox-active groups integrated with carbon nanotube (TP-OH-COF@CNT50) is prepared in a one in-situ polycondensation. The few-layered TP-OH-COF with abundant active groups (CO) wrapped on the surface of CNT can accommodate more Na-ions and shorten the ion/electron diffusion distance. As a sodium-ion batteries (SIBs) cathode, the TP-OH-COF@CNT50 delivers a high specific capacity of 256.4 mAh g−1 at 0.1 A g−1, ultra-long cycling stability (100 % retention after 3000 cycles at 2 A g−1), and excellent rate performance (103 mAh g−1 at 10 A g−1). The combination of in (ex) situ experiments manifests the high reversible surface-dominated Na-storage mechanism and structural stability with lower energy barrier for Na-ions diffusion in TP-OH-COF@CNT50 during Na-ions insertion/extraction. The theoretical calculations unveil the reaction sites and processes of Na-ions storage in TP-OH-COF@CNT50. The results provide an effective strategy for designing new COFs with high energy storage for SIBs.
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