有機(jī)小分子作為鋅有機(jī)電池的高容量正極引起了人們的廣泛興趣，但因其容易溶解在電解質(zhì)中而受到限制。

在此，同濟(jì)大學(xué)劉明賢團(tuán)隊(duì)通過(guò)2,7-二硝基芘-4,5,9,10-四酮(DNPT)和NH₄⁺電荷載體之間形成超穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。具有八個(gè)活性羰基/硝基中心(氫鍵受體)的DNPT只適用于柔性四面體NH₄⁺離子(氫鍵供體)的氧化還原，但由于較低的活化能(0.14與0.31 eV)而排除較大且剛性的Zn²⁺。NH₄⁺配位的氫鍵化學(xué)克服了DNPT在電解質(zhì)中的穩(wěn)定性障礙，并提供了非金屬載流子的快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。

因此，穩(wěn)定的NH₄⁺與DNPT正極配位可獲得高容量(320 mAh g^-1)，高倍率能力(50 A g^-1)和超長(zhǎng)壽命(60000 次循環(huán))。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，DNPT和NH₄⁺電荷載體之間的超穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)被證明可以解決有機(jī)小分子在水溶液電解質(zhì)中的溶解和循環(huán)問(wèn)題。由于NH₄⁺活化能較低(0.14 eV vs. Zn²⁺的0.31 eV)。具有八元活性羰基/硝基(氫鍵受體)的DNPT對(duì)四面體NH₄⁺ (氫鍵供體)具有氧化還原可達(dá)性，但不含較大的Zn²⁺，具有快速和超穩(wěn)定的NH₄⁺儲(chǔ)存能力。

NH₄⁺配位氫鍵化學(xué)在DNPT正極上的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)ZOBs的全面改進(jìn)得到突出，包括高容量(320 mAh g^-1)，大電流容限(50 A g^-1)和超穩(wěn)定壽命(60000次循環(huán))。因此，該工作為抑制小分子有機(jī)正極的溶解度提供了一種新的設(shè)計(jì)理念，拓展了先進(jìn)ZOBs中NH₄⁺配位氫鍵有機(jī)材料的化學(xué)空間。

圖2. DFT計(jì)算

Non-Metallic NH4+/H+ Co-Storage in Organic Superstructures for Ultra-Fast and Long-Life Zinc?Organic Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202316835