π-Conjugated N-heterocyclic compound with redox-active quinone and pyrazine moieties as a high-capacity organic cathode for aqueous zinc-ion batteries

Chemical Engineering Journal (IF 16.744), 461 (2023) 141850. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141850

Yanjun Shi(石燕君)*, Pengcheng Wang, Haiguang Gao, Wei Jin, Yanli Chen, Yucheng Huang, Tai-Rui Wu, De-Yin Wu, Juan Xu(許娟), and Jianyu Cao*(曹劍瑜)

有機陰極材料由于其可設計的分子結構和不同的氧化還原基團而被廣泛用于水性鋅離子電池（ZIB）。由于最大化每分子量氧化還原活性基團的數量是增加電極材料理論比容量的一種有前途的方法，因此設計和合成具有豐富氧化還原基團的低分子量和高穩(wěn)定性陰極材料非常重要。我院曹劍瑜-許娟團隊報道了一種新的π-共軛N-雜環(huán)化合物陰極材料——苯并[b]吩嗪-6，11-二酮（BPD），它將醌與吩嗪作為雙氧化還原活性部分結合。BPD陰極充分利用了氧化還原活性中心（100%的容量利用率），表現出較高的比容量和能量密度。同時，通過原位表征、電化學實驗和DFT計算研究了BPD在充放電過程中的電荷存儲機制，并解釋了對完美四電子轉移的理解。

論文的第一作者為本組青年教師石燕君博士。此項研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省綠色催化重點實驗室科學基金和常州大學科研啟動經費的資助。曹劍瑜-許娟課題組長期致力于有機電活性材料和相關電池技術的基礎和應用研究。