Entropy‐Driven Ultrafast Ion Conduction Via Confining Organic Plastic Crystals in Ordered Nanochannels of Covalent Organic Frameworks

材料科学 离子电导率 离子 X射线光电子能谱 离子键合 电解质 差示扫描量热法 电导率 化学物理 化学工程 化学 物理化学 有机化学 热力学 物理 电极 工程类
作者
Jing Wang,Lili Liu,Yukun Liu,Xian‐Ming Zhang,Juan Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (17) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202207831
摘要

Low conductivity over a wide temperature region due to ultra-slow ion migration dynamics is a key issue in the field of solid-state electrolytes (SSE), which needs to be solved and improved. Covalent organic frameworks (COFs), a rapidly growing class of porous crystalline materials, emerge as a new research hotspot in the field of SSEs. This is due to their homogeneously dispersed sites and well-defined pathways for ion diffusion, demonstrating great advantages over conventional non-porous solids. Herein, a composite solid electrolyte by confining organic ionic plastic crystal (OIPC) in the 1D ordered nanochannels of COFs as the host matrix for solid-state lithium-ion conduction, is reported. Due to the loss of coupling between PBu4+ cations and TFSI- anions, the cation-anion interaction is weakened; and thus, the lithium-ion transportation is facilitated. As a result, the COF-confining OIPC SSEs show ultra-high lithium-ion conductivity of 0.048 S cm-1 at 30 °C and 0.021 S cm-1 at the extremely low temperature of -30 °C. The dynamic origin of this fast ion conduction is characterized by differential scanning calorimetry (DSC), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and variable temperature solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.
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