JACS：共价有机骨架中的高容量NH4+电荷存储

Nanoyu

2021-11-07

铵离子（NH₄⁺）作为非金属电荷载体，在水电池领域引起了人们极大的研究兴趣。不幸的是，目前这些电池中使用的大多数无机主体材料仍然受到缓慢扩散动力学的限制。

近日，阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi，Husam N. Alshareef报道了通过详细的分析，揭示NH₄⁺离子在含醌羰基氧和吡嗪氮单元（QA-单体）中的独特插层行为。

文章要点

1）NH₄⁺离子的插入诱导氢键的形成，包括N-H···O和N-H···N键，形成稳定的双对角配位构型。与刚性金属配位键相比，这种氢键化学诱导了NH₄⁺离子更稳定的热力学放电产物，从而获得了良好的电化学性能。

2）研究人员研究了基于QA单体的共价有机骨架（QA-COF）上NH₄⁺离子独特的插层化学，在0.5 A g⁻¹的电流密度下，其容量为220.4 mAh g⁻¹，约为单价金属离子的2倍（Li⁺：108.4 mAh g⁻¹，Na⁺：125.9 mAh g⁻¹，K⁺：71mAh g⁻¹）。

3）除了容量上的差异，研究人员还揭示了这种较高的氧化还原势与NH₄⁺离子独特的溶剂化行为有关，包括不可压缩的溶剂化结构、低的去溶势垒和复杂的氢键网络。

这项工作为研究非金属NH₄⁺离子存储的拓扑配位化学和溶剂化行为提供了一些新的见解。

参考文献

Zhengnan Tian, et al, High-Capacity NH₄⁺ Charge Storage in Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c09290

https://doi.org/10.1021/jacs.1c09290