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共軛卟啉COF納米片多級組裝體助力鋰硫電池
點擊次數:179 發布時間:2019-04-15

鋰硫電池被認為是具前景的下一代儲能系統之一,這得益于其較高的能量密度(2600Wh/kg),而且單質硫具有成本低廉、環境友好等優勢。然而,由于硫較差的導電性以及可溶性放電中間產物引起的穿梭效應,導致電池容量較低、循環性能較差,嚴重阻礙了鋰硫電池的商業化應用。因具有良好的導電性,多孔碳材料被廣泛用作載體負載硫,但非極性碳與極性的多硫化物之間相互作用較弱,不能有效的抑制穿梭效應。共價有機框架(COFs)作為一類有機聚合物具有一定的多孔性并包含大量極性基團,且一些共軛COFs具有半導體性質,使其在鋰硫電池應用中具有很大的潛力。但是大多數COFs單一的孔徑和無序堆疊的形貌嚴重限制了硫的負載量和吸附位點的曝露,因此調控COFs的形貌或結構使其具有多級孔道結構并引入大量可接觸的極性位點,對提高硫負載量和提升鋰硫電池的整體性能具有重要意義。

最近,中山大學的余教授、陳教授與合作者通過溶劑熱法成功合成了具有花狀形貌、多級孔道的卟啉COF材料(COF-MF)。當其用于鋰硫電池正極時,可實現較高的負載量,相較于聚集的COF對比樣品(COF-CS),表現出更優異的電化學性能。最后,作者也通過密度泛函理論(DFT)計算發現,COF骨架中的卟啉單元對多硫化物具有較強的吸附,可有效抑制多硫化物擴散,有助于提高電池的倍率性能和循環穩定性。該文章發表在國際期刊Energy Storage Materials上(即時影響因子:13.31)

材料制備過程

首先,將對苯二甲醛和四(4-氨基苯基)卟啉兩種單體按一定比例溶解在混合溶劑中,加入適量的醋酸溶液,經過脫氣處理后120度加熱3天。然后,真空抽濾得到固體粉末,并使用索氏提取法清洗雜質。最后,60度真空干燥過夜后即可得到最終產物。

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