Multiple Accessible Redox-Active Sites in a Robust Covalent Organic Framework for High-Performance Potassium Storage

化学 阳极 电解质 氧化还原 共价键 多孔性 钾 共价有机骨架 离子 共轭体系 化学工程 电极 无机化学 有机化学 物理化学 聚合物 工程类
作者
Xueling Chen,Mo Xie,Ze‐Lin Zheng,Xiao Luo,Hongchang Jin,Yanfei Chen,Guo‐Zhan Yang,De‐Shan Bin,Dan Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (9): 5105-5113 被引量:197
标识
DOI:10.1021/jacs.2c11264
摘要

Covalent organic framework (COF) materials with porous character and robust structure have significant applied implications for K-ion battery (KIB) anodes, but they are limited by the low reversible capacity and inferior rate capability. Here, based on theoretical calculations, we identified that a porous bulk COF featuring numerous pyrazines and carbonyls in the π-conjugated periodic skeleton could provide multiple accessible redox-active sites for high-performance potassium storage. Its porous structure with a surface-dominated storage mechanism enabled the fast and stable storage of K-ions. Its insolubility in organic electrolytes and small volumetric change after potassiation ensured a robust electrode for stable cycling. As a KIB anode, this bulk COF demonstrated an unprecedentedly outstanding combination of reversible capacity (423 mAh g –1 at 0.1 C), rate capability (185 mAh g –1 at 10 C), and cyclability. The theoretical simulation and comprehensive characterizations confirmed the active sites are contributed by C═O, C═N, and the cation−π effect.
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