具有氧化还原活性的含羰基化合物作为钠离子电池(SIBs)的正极材料受到了广泛关注，因为它们具有元素可持续性、高理论容量、多种结构和可调性质等优异特性。然而，大多数羰基正极材料在储Na+的时候，受到容量低、倍率性能不理想和循环寿命短的困扰。

鉴于此，陕西师范大学蒋加兴教授、张崇博士开发了一系列基于蒽醌的共轭聚合物正极，它们由具有不同连接模式的蒽醌和苯组成。研究显示，苯环上的连接位点会影响所得聚合物的电子结构，从而影响它们的电荷存储能力。苯上的1,2,4,5-键导致所得聚合物PBAQ-3具有高表面积、窄带隙和最低未占分子轨道。作为SIBs的正极，它具有约200 mAh g-1的高容量和出色的倍率性能（200 C时为105 mAh g-1）以及稳定的循环性能，在0.05 A g-1下经过1000次循环后容量保持率为95.8%，在3 A g-1下经过40000次循环后容量保持率为83.1%。总之，这项研究结果强调了结构单元的连接模式对有机电极电化学性能的影响。

文章要点：

1. 由于AQ具有有吸引力的理论容量(257 mAh g -1)以及AQ中羰基在聚合反应过程中的高稳定性，这项工作使用蒽醌(AQ)作为氧化还原中心，开发了三种基于AQ的共轭聚合物作为SIB的正极材料。

2. 为确保设计的聚合物正极的高理论容量，作者选择低分子量的苯作为AQ单元的交联剂。苯环上的多键位点不仅可以调整拓扑结构，还可以调整共轭度，从而调整所得基于AQ的聚合物的电子结构。结果表明，与线性骨架相比，高度交联的结构可以成功解决AQ基聚合物正极的溶解问题。更重要的是，通过增加苯环上的连接位点数量，可以提高所得聚合物的表面积和共轭度，从而提高AQ单元的氧化还原活性。

3. 因此，苯上的1,2,4,5-四键模式赋予所得PBAQ-3高度交联结构和窄带隙，这使PBAQ-3正极能够实现约200 mAh g -1的高可逆容量，优异的倍率性能（105 mAh g -1 at 200 C）和长期稳定的循环性能，在0.05 A g -1下经过1000次循环后容量保持率为95.8%，在3 A g -1下经过40000次循环后容量保持率为83.1%。

4. 这项工作不仅为SIBs提供了一种高性能的羰基聚合物正极，而且还提供了一种通过调整结构单元的连接模式来提高聚合物电极电化学性能的有效策略。

图1 三种AQ基共轭聚合物的合成路线和概念分子结构

图2 材料表征

图3 聚合物正极的电化学性能

图4聚合物正极的倍率性能、动力学及宽温性能研究

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c05090

来源：高分子科学前沿

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