可持续的有机醌基聚合物在阴极应用中表现出许多有前途的优势，适当的结构设计对于提高其电化学性能很重要。在这项工作中，实现了由辅助配位链聚（醌-硫脲）连接的氧化还原单元的设计有机材料结构，并将其用作水性锌离子电池的正极。该电池显示出改进的电化学性能，0.02 Ag^-1时的最大放电比容量为211 mA hg^-1，0.1 Ag^-1下1000次循环后容量保持率为83%的长循环性能（118 mA hg^-1 初始放电容量）.通过非原位XPS研究的Zn²⁺存储机制证明苯酚的氧原子和硫脲基团的硫和氮原子都有助于Zn²⁺的嵌入，稳定了Zn²⁺的配位并提高了比容量。 非原位FT-IR还支持醌羰基的氧化还原和硫脲基团与Zn²⁺的配位。此外，硫脲基团作为辅助配位点可以减轻阴极表面的锌沉积，提高氧化还原可逆性和长循环性能。这种结构设计有望成为开发用于多价离子电池的高性能有机正极材料的一种有前景的策略。
 
 
图1.PQTU的合成路线及PQU和PQEDA的结构。
 
  图 2. PQTU 的表征。(a) FT-IR光谱。(b)TG 曲线。(c)和(d)SEM图像。(e) C、O、N和S 的元素映射。
 
 
图 3. PQTU的XPS光谱：(a) C 1s、(b) N 1s、(c) O 1s 和 (d) S 2p。
 
  图 4. (a) 1 mV s^-1下100个循环的CV曲线。(b) PQTU∥ZnSO4∥Zn电池的倍率性能。(c)不同电流密度下的充放电曲线。(d)PQTU∥ZnSO4∥Zn电池在0.1Ag⁻¹下的长循环性能。
 
  图 5. (a) CV 曲线和(b) PQTU∥ZnSO4∥Zn 电池在不同放电/充电循环后的 Nyquist 图。
 
  图6.(a)PQTU在不同扫描速率下的CV曲线。(b)在氧化还原和氧化峰处对应的log（峰值电流）与log（扫描速率）图。(c)PQTU在不同扫描速率下的电容和扩散控制的贡献率。 (d)PQTU∥ZnSO₄∥Zn电池在1mVs⁻¹时的电容和扩散控制电流贡献。
 
  图 7. (a) O 1s、(b) S 2p、(c)N 1s和(d) Zn 2p的非原位XPS精细光谱。
 
  图8.PQTU阴极在初始、放电后和充电后状态下的原位红外光谱。
 
  图9. PQTU 阴极(a)在初始状态和 (b)5th、(c)10th、(d)50th、(e)100th、(f)500th 和(g-i) 之后的非原位 SEM 图像在 0.1 A g⁻¹ 电流密度下的第1000次放电/充电循环。
 
  图10. (a) PQTU、PQU和PQEDA的放电比容量比较。(b)PQTU、PQU和PQEDA在0.02 A g^-1下的放电长循环比较。
 
       相关科研成果由燕山大学Yang Liu和Liqiu Wang等人于2021年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05881）上。原文：Poly(quinone-thiourea) with Improved Auxiliary Coordination Zn²⁺ Insertion/Extraction Positive Performance for Aqueous Zinc Ion Battery Cathodes。

转自《石墨烯研究》公众号