近日，我院张力教授课题组和吴德印教授课题组合作，在环己六酮（C6O6）有机负极材料深度储锂研究中取得新进展，相关成果以“Eight-Electron Redox Cyclohexanehexone Anode for High-Rate High-Capacity Lithium Storage”为题发表于Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.202201347）。
用含碳、氢、氧等元素的有机电极材料取代传统无机负极材料，是未来绿色锂离子电池极具吸引力的方向之一。当前，作为锂离子电池（LIBs）电极材料的有机分子存在电子电导率低、氧化还原动力学迟缓、在碳酸酯类电解液中溶解度高以及倍率性能差等突出瓶颈问题，限制了其在电化学储能中的实际应用。针对上述问题，研究团队致力于发展高比容量和高倍率的新型有机电极材料及其制备技术，已取得阶段性研究成果（Adv. Mater. 2021, 33, 2104039，Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802273）。
在前期研究基础上，本工作开展环己六酮（C6O6）有机小分子深度储锂行为的研究。C6O6完全由羰基（-C=O）组成，不含电化学惰性结构单元，具有高理论比容量（957 mAh g-1）。针对C6O6在强质子电解液中溶解度高、电子导电性低和难以微/纳化等难题，我们提出溶解-再结晶的方法，制备导电性好的不溶性C6O6-PVDF-碳网络电极。实验表明，C6O6电极作为LIBs负极，在200 mA g-1电流下具有1404 mAh g-1的可逆容量，5 A g-1下循环700次后可逆容量为814 mAh g-1，表现出优异的循环性能和倍率性能。结合谱学表征、电化学反应动力学解析以及第一性原理计算，C6O6分子高可逆比容量的锂存储机制可归因于两个重要过程，即基于羰基的六电子法拉第氧化还原反应（LinC6O6，n=2、4和6）和二聚体 (Li8C6O6)2诱导的两电子快速插层式赝电容反应。将C6O6负极与活性炭正极组配，构筑了电压窗口为4.3 V、高能量密度和高功率密度特性的有机锂离子混合电容器。
该研究工作由我院张力教授和吴德印教授共同指导， 实验部分由2019级博士生李莎完成，理论计算部分由2019级博士生林建德完成（共同第一作者），张益妙、张仕林、胡忠利和刘俊杰也参与了部分工作。我院田中群教授、毛秉伟教授、谷宇博士和南子昂博士提供了宝贵建议。该研究工作得到国家自然科学基金项目（21875155、22032004）、国家重点研发计划（2021YFA1201502）和厦门大学南强青年拔尖人才计划等资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202201347
图文来源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/15124.htm