J. Am. Chem. Soc.: 噻嗯单元连接的COF用于锂硫电池中共价锚定多硫化物

小学生

2022-05-14

共价有机框架材料（Covalent Organic Framework, COF）是一种多孔的有机聚合物材料。由于COF材料的多孔性和结构可设计性强而被用于催化和储能等多个领域。虽然COF结构多样，但是以含硫杂环为连接单元的COF材料较为罕见。近日，德国德累斯顿工业大学Sattwick Haldar和Stefan Kaskel教授等人制备了一种以噻嗯环为连接单元的COF材料DUT-177。虽然DUT-177并不是平面结构，但其仍具有一定晶型。将DUT-177与硫单质共热硫化得到S-DUT-177，该材料可作为锂硫电池正极活性材料。

本文要点

1)   作者制备了一种以噻嗯环为连接单元的COF材料DUT-177，并制备了模型分子thianthrene。通过对模型分子的详尽表征证实了合成反应的可行性并推知DUT-177的分子结构，对DUT-177的结构分析也印证了该推论；

2)   DUT-177在360℃下与硫单质共热制备出S-DUT-177材料。在高温下硫链会与–CN发生取代反应，还会在噻嗯环中插入硫原子，形成二硫代噻嗯环。模型分子硫化时也发生该反应；

3)   以S-DUT-177作为正极活性物质组装电池，在100 mA/g电流密度下可释放出720 mAh/g比容量。在500 mA/g电流密度下循环500周容量保持率为76.6%。

笔者认为该文章的亮点在于1.首次构建了噻嗯环为连接单元的COF材料，因为C–S键柔性较大，能形成有序晶体材料较为不易；2.证实DUT-177在高温硫化时不但发生硫链与氰基的取代反应，还会发生硫原子向噻嗯环的插入反应，后一种反应应该也是首次被报道。最后，希望锂硫电池研究者们能积极响应Stefan Kaskel教授的号召（Joule, 2020, 4(3):539-554），尽快将锂硫电池推向商业化。

参考文献：

S. Haldar, et al. Porous Dithiine-Linked Covalent Organic Framework as a Dynamic Platform for Covalent Polysulfide Anchoring in Lithium–Sulfur Battery Cathodes, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02346

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02346?ref=PDF