近日，我校2022级研究生袁文勇以第一作者身份在国际知名期刊《Energy Storage Materials》（IF=20.4）上发表题为“Novel covalent organic framework/carbon nanotube composites with multiple redox-active sites for high-performance Na storage”的研究文章。
由于地壳中钠资源的储量丰富及分布均匀，钠离子电池（SIBs）作为锂离子电池（LIBs）的替代品在储能系统中备受关注。然而，相对于Li+（0.76 Å），Na+的离子半径（1.02 Å）更大，可能会产生严重的体积膨胀从而破坏结构，导致基于嵌入/脱嵌机制的无机正极材料的容量低且循环性能差。最近，用轻元素（C、H、O和N）构建的二维（2D）共价有机框架（COFs）是一类具有有序多孔结构、高化学稳定性和结构可调性的结晶聚合物框架，已被认为是实现高性能钠离子电池正极材料开发的关键。然而，由于强的π-π相互作用和较差的本征电子导电性，使得2D COFs堆叠严重，造成氧化还原活性基团的利用率低，离子扩散通道延长，导致其容量较低且倍率性能较差。
基于以上问题，本工作设计出具有多个氧化还原活性位点的TP-OH-COF，并通过原位聚合法将其附着在碳纳米管表面，制备出TP-OH-COF@CNT50复合材料。通过与CNT复合，实现了对COF层的剥离，使更多活性位点暴露，提高了活性位点的利用率，并且提高了复合材料的导电性。与以往基于COF的SIBs正极材料相比，TP-OH-COF@CNT50具有显著增强的电化学性能，在0.1 A g−1下具有256.4 mAh g−1的高容量，在2 A g−1下循环3000次后具有100%的优异容量保持率，在10 A g−1下具有103 mAh g−1的显著容量。结合原位/非原位(XPS、FT-IR、EIS、GITT和CV等)技术和理论计算，系统地研究了TP-OH-COF@CNT50正极的储钠机理和结构优势。这项工作不仅是SIBs正极材料研发的突破，而且为开发用于其他储能系统的高性能COF基电极材料提供了借鉴。本研究工作同时得到山东省自然科学基金项目、国家自然科学基金项目和山东省高校青年创新团队计划项目的资助。
山东理工大学材料科学与工程学院为本文第一署名单位，山东理工大学材料学院翁俊迎副教授、山东理工大学化工学院周朋飞副教授和山东大学徐立平研究员为本文的共同通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103142.
