罗志强副教授、王刘彬特聘教授，ESM观点：p-n协同的共轭微孔聚合物用于构筑全有机对称电池

第一作者：于泽豪

通讯作者：罗志强*，王刘彬*

单位：天津理工大学，河北大学

全有机电池是基于有机化合物作为正负极材料的化学储能设备。受益于有机电极材料具有的低成本、高安全和环境友好等特点，使得全有机电池近些年被科研人员广泛关注。但遗憾的是，全有机电池，尤其是全有机对称电池面临着工作电压低、容量不高等问题，限制了其电池能量密度的提升。因此设计并开发新型有机电极材料对用于构筑高性能全有机电池具有重要意义。

近日，来自天津理工大学的罗志强副教授与河北大学的王刘彬特聘教授合作，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Symmetric dual-ion batteries enabled by conjugated p-n fusion microporous polymers”的文章。该文章设计并合成了p-n协同的共轭微孔聚合物TPSZ，其结构中的三苯胺（TPA）作为p型活性单元用于正极氧化还原反应，而结构中的噻唑并[5,4-d]噻唑单元作为n型活性单元用于负极氧化还原反应，基于此构筑全有机对称电池。为了验证TPSZ电极负极活性单元部分的C=N键有利于提升电极在充电/放电过程中的倍率性能，科研团队还合成了不含C=N键的共轭微孔聚合物（TPDS）用于两种材料的对比。如预期所示，含有C=N键的TPSZ电极显示出了更好的电化学性能。

以典型p型氧化还原基团三苯胺（TPA）作为正极活性单元，结合具有较低氧化还原反应电位的噻吩[3,2-b]噻吩（TT）和噻唑并[5,4-d]噻唑（TTZ）作为负极部分活性单元。通过聚合将两者结合在一起组合成具有p-n协同的共轭微孔聚合物（TPSZ和TPDS）并基于此构筑全有机对称电池。

要点二：C=N键的引入减小分子结构带隙，促进电极的倍率性能

共轭微孔聚合物TPSZ中的联噻唑基团因含有C=N键，使其相对于聚合物TPDS的分子结构具有更窄的带隙，这有利于提升分子结构的共轭效应，促进电子在充放电过程中快速传输，同时也有助于提高分子结构的电化学反应过程中的稳定性。得益于C=N键的植入，TPSZ电极在全有机对称电池体系中展示出了优异的电化学性能。

以TPSZ作为电极材料构筑全有机对称电池，该电池体系展现出了较高的放电容量和工作电压，以及优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在100 mA g^-1的电流密度下，TPSZ的放电容量可达到120 mAh g^-1，平均放电电压高达1.55 V，在循环100周后容量保持率可达~85%。

Symmetric dual-ion batteries enabled by conjugated p-n fusion microporous polymers

罗志强副教授简介：天津理工大学材料科学与工程学院硕士研究生导师、副教授。2018年博士毕业于南开大学化学学院。主要从事有机能源材料的设计、制备及器件构筑方面的科研工作。目前以第一作者/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy，J. Energy Chem., Chem. Sci., Small Methods，J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Power Sources等高水平期刊上发表研究论文10余篇。主持国家自然科学青年基金、天津市自然科学基金、先进能源材料化学教育部重点实验室开放基金资助项目等。

王刘彬教授简介：河北大学特聘教授，硕士研究生导师，2015年6月于西南交通大学获得工学、管理学学士学位，同年推免至南开大学，2020年8月于南开大学获得理学博士学位，2019年1月-2019年10月于香港大学交流访问学习。2020年11月入职河北大学，从事教学和科研工作，主要围绕高能化学电源与新型储能器件开展研究工作，已发表相关研究论文20余篇，文章他引3500余次，其中以第一作者/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Sci., Sci. China Mater., ACS Energy Lett., Chem. Commun., J. Mater. Chem. A等高影响力的期刊上发表研究论文10余篇，获授权中国发明专利1项。目前，主持国家自然科学青年基金、河北大学高层次人才引进项目、河北大学自然科学多学科交叉研究项目、先进能源材料化学教育部重点实验室开放基金资助项目等。