Angew. Chem. ：氢键有机骨架用于锂/钠-碘有机电池

可充电锂/钠-碘电池拥有较高的平均工作电压（约2.9V），较高的理论容量（211 mAh g^-1），以及较低的成本，而受到研究人员的广泛关注。然而，在过去的几十年里，可充电的锂/钠-碘电池的发展受到了其低热稳定性和电子/离子扩散动力学差等的制约。此外，碘和中间产物碘化物在电解液中的溶解度较高会引起一定程度的穿梭效应，导致自放电和低库仑效率，最终导致可逆容量迅速衰减。

近日，上海大学的王勇教授课题组，提出构建了一种柔性的氢键有机框架（HOF）首次应用于锂/钠-碘有机电池。在设计的HOF复合材料中，HOF之间的弱电子耦合可以在其框架结构中提供电荷传输通道。此外，多孔的HOF还拥有许多空腔，可以通过各种吸附位点（羧酸基和苯环骨架）和分子间的相互作用有效地固定碘和碘化物。HOF通过氢键与MXene的-OH结合，形成 "HOF-MXene-HOF "的三维互连的导电网络。在MXene的协助下，可以加速碘的可逆氧化还原反应，并促进阳离子在电极中的快速插层。同时，HOF和MXene的表面官能团之间的氢键也缓解了循环过程中产生的严重体积变化。

作者采用H4TBAPy有机小分子作为合成单元，每个小分子单体通过8个O-H…O氢键与相邻的4个分子连接，延伸成一个二维层。每个二维片层通过面对面的π…π堆积作用进一步连接，形成具有方形通道的HOF。之后，HOF表面的未结合的羧基以氢键的形式与羟基化的Ti₃C₂T_x MXene结合，形成 "HOF-MXene-HOF"导电网络的结构。然后将碘填充到复合物的孔道中，得到I₂/HOF@Ti₃C₂T_x。将I2/HOF@Ti₃C₂T_x复合物作为锂/钠-碘电池的正极，其显示出328.8/259.1 mAh g^-1的初始可逆容量，并在0.2 C下循环300次后保持260.2/207.6 mAh g^-1的高容量。

此外，通过原位Raman，原位XRD和DFT计算等深入探究了碘基电池中的氧化还原过程，表明HOF@Ti₃C₂T_x的化学和物理结构在调控锂/钠-碘电池正极的吸附和优异电化学性能方面起着重要作用。

此工作制备了氢键有机框架与Ti₃C₂T_x MXene的复合物。HOF的苯环骨架和表面的羧基具有强的吸附作用，可以加速碘的形成，实现快速反应动力学，稳定I₂和I₃^-，抑制穿梭效应，从而提高碘基电池的循环稳定性。此外，在MXene的协助下，碘在HOF@MXene中的氧化还原反应被加速，并促进了阳离子的快速插层。当把I₂/HOF@Ti₃C₂T_x应用于锂/钠-碘电池时，获得了良好的循环稳定性和出色的倍率性能。

论文信息

Hydrogen-Bonded Organic Framework for High-Performance Lithium/Sodium-Iodine Organic Batteries

Chaofei. Guo, Bo Han, Dr. Weiwei. Sun, Yingnan. Cao, Dr. Yifan. Zhang, Prof. Yong Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213276

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