作为一类特殊的结晶多孔聚合物，含有电化学氧化还原活性中心的共价有机骨架（COF）是锂离子电池极具吸引力的电极材料。然而，设计和合成具有高氧化还原活性基团负载密度、高氧化还原电位和高电导率的 COF 基电极材料以提高比容量和能量密度极具挑战性。

近日，为了解决这些挑战，北京科技大学Jianzhuang Jiang，Tingting Sun通过原位缩合新的p型吩嗪(Pz)基构件(5,10-二甲基-5,10-二氢吩嗪-2,7二甲醛，Pz)与双极型半导体(5,10,15,20-四(对氨基苯基)卟啉，TAPP)在碳纳米管存在下制备了一系列新型双极型复合正极(表示为TAPP-Pz-COF-XCNTs，其中X=10、20、30和40wt.%)，以解决这些挑战。

文章要点

1）TAPP-Pz-COF-40%CNTs具有优异的电导率（7.48×10^-3 S m^-1）和2.1 nm的介孔通道，可实现稳定快速的离子传输。结合丰富的P型、n型和双极型氧化还原活性位点，TAPP-Pz-COF-40%CNTs正极在200 mA g^-1时具有高达314 mAh g^-1的比容量，记录的能量密度为737.5 w h kg^-1，这是迄今为止报道的锂离子电池有机聚合物和COF正极中最高的能量密度，优异的离子传输动力学（10^-12至10^-8 cm² s^-1）和出色的长期循环稳定性（在10000 mA g^-1下经过10000次循环后为88%）。

2）通过一系列原位表征和密度泛函理论(DFT)计算，揭示了TAPP-PzCOF-40%CNTs双极型氧化还原活性中心的可逆转化，并合理化了每个不对称单元的整体6PF₆⁻/6Li⁺氧化还原机制。

参考文献

Qingmei Xu, et al, Bipolar-type covalent organic framework on carbon nanotubes with enhanced density of redox-active sites for high-performance lithium-ion batteries, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE00520A

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00520a