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    德累工大冯新亮于明浩王明超、华中科大卢兴张盼盼JACS:局域电子结构助力高赝电容型二维共轭MObobtyappF材料添加时间:2023-03-15

      bobty综合非水系超级电容器具有电压窗口宽、温度范围广、功率密度大等特点,但是商业的超级电容器受制于活性炭的低能量密度。研究人员关注赝电容材料的开发,而目前报道的几种无机赝电容材料反应活性较差以及稳定性欠佳。近期,二维共轭金属-有机框架材料(c-MOFs)由于具有大比表面积、高电导率、规则孔径,在超级电容器领域引起广泛关注,但是目前报道的c-MOFs主要应用于水系电解液,非水系电解液报道较少,并且电化学性能还有待进一步提高,开发新型c-MOFs对于制备非水系高能量密度超级电容器具有重要意义。

      Ni 2[CuPcS 8]是通过CuPc(SH) 8与Ni 2+溶剂热反应合成得到,呈现电中性的特点,采用PXRD、SEM、HR-TEM、FT-IR等测试手段对其结构和形貌进行表征,同时辅助以理论计算,结果表明其为AA方式堆叠,孔径为1.8 nm,比表面积为219 m 2 g -1,并且表现为半导体特征(图1)。

      通过三电极系统对Ni 2[CuPcS 8]电极进行电化学性能测试,循环伏安CV曲线显示出两对明显的氧化还原峰,通过动力学分析表明,在−0.2至−1.3 V的电压区间,电荷存储主要来自于赝电容行为,电极的比容量也高达312 F g -1(0.5 A g -1),循环10000圈后,容量保持率为93.5%(图2)。

      为探明Ni 2[CuPcS 8]的储能机理,我们合成了Ni 2[CuPc(NH) 8]和Ni 2[CuPcO 8]作为对比,通过CV测试我们发现,只有Ni 2[CuPcS 8]表现出氧化还原活性,验证起作用的是NiS 4结点。同时通过DFT理论计算我们发现,Ni 2[CuPcS 8]轭结点NiS 4具有较低的LUMO能级,局域化作用有利于降低键合应力,使得金属价态没有发生明显变化,提高c-MOFs结构稳定性,这一结论也通过非原位XAS表征得以验证(图3)。

      冯新亮教授简介(德累斯顿工业大学):德国马普所微观结构物理研究所主任、德累斯顿工业大学讲席教授,德国科学与工程科学院院士、欧洲科学院院士。研究领域包括芳香耦联的有机合成方法学、π-共轭体系分子的有机设计和合成、基于π-体系分子的超分子化学、用于光电应用的二维共轭聚合物和超分子聚合物、石墨烯基二维纳米材料和低维纳米结构功能材料以及用于储能和转换的混合材料、用于能量存储和转换的介孔共价键合有机骨架和纳米结构功能碳材料等,研究成果在国际学术界产生了重要影响,在 Nature, Science及其子刊等发表论文690余篇,他引94000余次,H因子为153。

      王明超研究员简介(德累斯顿工业大学):先后师从德国工程院院士Karl Leo、冯新亮教授。目前致力于二维共轭配位聚合物和二维共轭共价聚合物的设计合成、电子结构和氧化还原位点的精准调控、电荷传输机制的建立、电子器件和新能源器件的应用等方面。迄今发表学术论文30余篇,其中以第一(含共同)及通讯作者身份发表J. Am. Chem. Soc. 5篇、Angew. Chem. Int. Ed. 2篇、Chem. Soc. Rev. 1篇、Adv. Funct. Mater. 1篇等。

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