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安徽大学张朝峰/阿德莱德大学郭再萍、张仕林 Energy Environ Sci 综述:用于先进储能的共价三嗪框架的挑战和新机遇
2023-07-09  来源:高分子科技

  与储能系统中使用的无机电极材料相比,有机电极材料具有一些优势,包括轻质、可定制的结构、高比容量、广泛的自然资源供应和可回收性。然而,其低离子传导性和对长期降解的敏感性导致其性能较差,寿命较短。最近,共价三嗪框架(CTFs)已成为开发有机电极的一个有前途的战略。CTFs是一种共价有机框架,表现出可定制的孔隙度、可修改的结构和多功能性。它们的特点是有一个刚性的三嗪(C3N3)连接单元,这提供了良好的化学稳定性,使它们在循环过程中能够抵抗结构变形。在过去的几年里,CTFs因其在各种电化学储能装置中储存和传输电荷的潜力而获得了相当大的关注。本综述全面概述了CTFs的工作原理和合成方法,强调了超级电容器和各种可充电电池系统的重大进展。此外,本综述还介绍了不同的设计策略和对改善电化学性能的潜在影响,以及未来的研究方向。



  近日,安徽大学的张朝峰教授澳大利亚阿德莱德大学张仕林研究员在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Covalent Triazine Frameworks for Advanced Energy Storage: Challenges and New Opportunities”的文章。本文探讨了CTFs作为电极材料在锂离子电池(LIB)、锂金属电池(LMB)、钠离子电池(SIBs)和锌离子电池(ZIBs)等各种电池体系中的应用进展。重点介绍了CTFs的独特性能,使其成为高性能储能设备应用的候选者。 


图一 本文从合成方法、表征和储能应用三个方面对CTFs进行了综述


图二 用于先进储能的CTF发展脉络时间线

图三 不同合成方法的优缺点 


图四 不同的设计方法增强储能设备性能

图五 CTF在下一代储能设备上的应用。


图六 基于CTFs储能材料的挑战和机遇


  共价三嗪框架(CTFs)领域由于其独特的性能和设计功能材料、合成催化剂和制备储能电极而引起了极大的关注。尽管有这些独特性能,CTFs化学仍处于起步阶段,应该继续努力开发具有新颖拓扑结构的CTFs,并更深入地了解影响性能的参数。在原子水平上对科学和表征的不断探索可以显著地促进向实际应用的进展。此外,除了在电池和超级电容器应用中的卓越性能外,人们对催化剂、药物输送、能量转换和气体分离等方面的潜在应用越来越感兴趣。结构的可设计性,可加工性,化学和热稳定性,可回收性,甚至生物相容性都是人们关注的焦点。因此,期望这篇综述能引起人们对合成功能性CTFs的广泛兴趣,并为未来的各种应用提供有价值的设计思想和定制架构。


通讯作者介绍


  张朝峰教授,博士生导师,安徽省杰出青年基金获得者,安徽省莱布尼兹材料科学国际联合研究中心副主任。分别在兰州大学和复旦大学获得学士学位和硕士学位。2013年获澳大利亚卧龙岗大学博士学位。他曾在日本国立先进产业科学技术研究所(AIST)完成博士后研究。主要研究方向为电池电化学,特别是有机电池材料和水系锌离子电池电解质。


  张仕林博士,澳大利亚阿德莱德大学研究员。他于2016年毕业于北京化工大学,获得硕士学位后,于2020年获得澳大利亚卧龙岗大学超导与电子材料研究所博士学位。他目前的研究兴趣集中在离子电池和金属电池等电化学器件领域的材料设计、合成和表征。


  文献链接

  Covalent Triazine Frameworks for Advanced Energy Storage: Challenges and New Opportunities, Peng Xiong,a Shilin Zhang,*b Rui Wang,a Longhai Zhang,a Quanwei Ma,a Xiang Ren,a Yuchen Gao,a Ziyang Wang,a Zaiping Guo,b Chaofeng Zhang*a, Energy & Environmental Science, 2023, DOI: 10.1039/D3EE01360J.

  https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/EE/D3EE01360J

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(责任编辑:xu)
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