共價有機籠（Covalent Organic Cages, COCs）作為一類新興的先進分子材料，憑借其離散化、形狀持久的三維結(jié)構(gòu)特性（如可調(diào)諧空腔尺寸、固有微孔率及優(yōu)異溶液加工性），近年來在分子識別、催化反應(yīng)、氣體吸附與分離等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。此外，這些結(jié)構(gòu)特征也使COCs成為解決鋅-碘電池（ZIBs）中多碘化物穿梭效應(yīng)并實現(xiàn)電極循環(huán)再生的理想候選材料。
ZIBs憑借碘正極的高氧化還原電位、適中的理論比容量以及碘資源的高環(huán)境豐度等優(yōu)勢，被視為極具潛力的新型儲能體系。然而，其實際應(yīng)用受限于電化學(xué)循環(huán)過程中可溶性多碘化物（如I3–、I5–）的不可控擴散，從而導(dǎo)致嚴重的容量衰減與循環(huán)壽命下降。盡管傳統(tǒng)碳基宿主材料可通過物理吸附部分抑制多碘穿梭，但其表面化學(xué)惰性及低活性位點密度難以滿足高碘負載條件下的長期穩(wěn)定性需求。近來，具有定制化活性位點的有機多孔材料（如共價有機框架COFs、氫鍵有機框架HOFs）被視為多碘化物的理想宿主材料，但其復(fù)雜的合成工藝、高成本及低溶解度等特性嚴重制約材料的可回收性與規(guī)模化應(yīng)用。因此，開發(fā)兼具高循環(huán)穩(wěn)定性、優(yōu)異限域能力與可持續(xù)再生特性的新型碘宿主材料，對推動ZIBs的實際應(yīng)用具有重要意義。 近日，上海交通大學(xué)賴飛立副教授與湖南大學(xué)何清教授合作，提出了一種基于分子工程設(shè)計的"多碘化物儲層"策略。研究團隊通過精準調(diào)控COCs三維空腔的氮活性位點空間分布，成功構(gòu)建了具有近封閉空腔結(jié)構(gòu)的超蕃籠S-3（含18個氮配位位點），實現(xiàn)了分子尺度多碘化物的動態(tài)限域。實驗表明，即使在極端條件（碘含量58.9 wt%）下，該材料于5 C倍率下循環(huán)4000次后仍可表現(xiàn)90.1%的容量保留率，且展現(xiàn)出優(yōu)異的溶解驅(qū)動再生能力——經(jīng)歷三次完整回收循環(huán)后容量維持率達85.4%。此項工作不僅建立了共價有機超蕃作為長壽命、可回收ZIBs的材料平臺，更通過提供COCs構(gòu)效關(guān)系模型，為高可持續(xù)性電極材料設(shè)計提供了新范式。 相關(guān)結(jié)果發(fā)表Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是江南大學(xué)的博士研究生張鐳騫和湖南大學(xué)博士研究生羅柯。 論文信息 Unlocking Durable and Sustainable Zinc–Iodine Batteries via Molecularly Engineered Polyiodide Reservoirs Leiqian Zhang, Ke Luo, Jiaming Gong, Dr. Yazhou Zhou, Hele Guo, Yi Yu, Prof. Guanjie He, Prof. Jean-Fran?ois Gohy, Prof. Ivan P. Parkin, Prof. Johan Hofkens, Prof. Qing He, Prof. Tianxi Liu, Prof. Klaus Müllen, Dr Feili Lai Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202506822
