铝离子电池（AIBs）以其优越的安全性和长寿命的储能特性引起了人们的广泛关注。具有工程化活性基团的有机材料被认为在提高AIBs储能性能方面很有前途。然而，相应的能量密度（需要电压平台和足够的有源点）和稳定性仍然出乎意料地差。研究发现，在芳香族π共轭平面大环的存在下，卟啉分子的最高占据轨道(HOMO)和最低占据分子轨道(LUMO)之间的距离很小，这使得卟啉能够通过快速的电子吸收和释放来实现高的氧化还原活性。与其他有机电极材料不同的是，卟啉环上的氮原子具有一对孤电子，可以负责离子配位化学反应。

鉴于这些独特的性质，北京理工大学焦树强教授，宋维力教授报道了选择了5,10,15,20-四苯基卟啉（H₂TPP）和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉（H₂TCPP）作为组装AIBs的正极材料。

文章要点

1）研究发现，与传统有机化学反应中金属离子与卟啉氮原子的强配位不同，在氯化铝/1-乙基-3-甲基咪唑氯（AlCl₃/[EMIM]Cl）电解液存在下，卟啉材料在放电和充电过程中表现出阳离子氯铝酸盐的可逆配位和解离。此外，由于卟啉的π共轭体系较大，H₂TPP和H₂TCPP正极材料在电流密度为100 mA g−1下的可逆比容量分别为101和23.7 mA h g⁻¹。

2）研究发现，H₂TPP中的高容量归因于羧基的去除，这可能通过吸电子效应降低了卟啉的碱度。H₂TPP电极在200 mA g⁻¹下循环5000次以上表现出较好的长期循环稳定性。这一结果促进了一个新的阶段，即在储能材料方面，可以通过操控分子结构以组装长期安全的有机AIBs。

参考文献

Xue Han, et al, Stable High-Capacity Organic Aluminum–Porphyrin Batteries, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101446

https://doi.org/10.1002/aenm.202101446