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  日益增長(zhǎng)的儲(chǔ)能需求和資源供應(yīng)短缺引發(fā)了鋰離子電池成本的不斷增加，導(dǎo)致其在電動(dòng)汽車(chē)和固定式儲(chǔ)能裝置中的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。鈉離子電池（SIBs）由于鈉的高豐度和低成本，是一種更具吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前，SIBs的研究工作主要集中在探索高性能電極材料，如過(guò)渡金屬化合物、普魯士藍(lán)及其衍生物。然而，由于過(guò)渡金屬資源的不可再生性以及回收利用所需的高昂成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看傳統(tǒng)無(wú)機(jī)過(guò)渡金屬基電極材料可能會(huì)面臨資源短缺的難題。因此，環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富、結(jié)構(gòu)多樣的有機(jī)電極材料成為了當(dāng)前電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，有機(jī)電極材料的低電子導(dǎo)電性和高溶解特性嚴(yán)重限制著鈉離子電池的倍率和循環(huán)性能。

  近日，安徽大學(xué)張朝峰課題組等人利用聚合反應(yīng)合成了一種具有共軛和分級(jí)結(jié)構(gòu)的多孔有機(jī)聚合物負(fù)極材料，聚(2,4,6-三(噻吩-2-基)-1,3,5-三嗪)（CPTA）。并且通過(guò)原位TEM，非原位光譜以及理論模擬探究了其充放電過(guò)程中鈉離子的存儲(chǔ)機(jī)制以及結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。其獨(dú)特的分子和空間結(jié)構(gòu)使CPTA具有高的電子/離子傳輸特性、豐富的活性位、高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及低溶解特性。結(jié)果顯示，作為鈉離子電池（SIBs）負(fù)極時(shí)，CPTA表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。該研究工作以“Porous Organic Polymer with Hierarchical Structure and Limited Volume Expansion for Ultrafast and Highly Durable Sodium Storage”為題發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上。安徽大學(xué)張龍海講師、博士生王睿為共同第一作者，安徽大學(xué)張朝峰教授、阜陽(yáng)師范大學(xué)康紅衛(wèi)副教授為共同通訊作者。

圖1 a）CPTA的合成示意圖。b）TA和CPTA的FT-IR圖譜。c）CPTA的XPS圖譜。d-f）C1s、S2p、N1s的XPS圖譜。g）TA和CPTA的TGA曲線。

圖2 a-e）CPTA的FESEM，元素C、N和S的映射圖像以及TEM圖像。f，g）CPTA-1、CPTA和CPTA-2的N₂吸附/脫附等溫線和孔徑分布圖。h）CPTA的CO₂吸附/脫附曲線（插圖為孔徑分布圖）。

4. 電化學(xué)性能表征

圖4 a）CPTA電極的CV曲線。b） TA、CPTA、CPTA-1和CPTA-2在0.1 A g^?1下的循環(huán)性能。c）TA和CPTA在電解液中的溶解照片。d）TA、CPTA、CPTA-1和CPTA-2的倍率性能。e）CPTA與其他有機(jī)/無(wú)機(jī)電極材料的電化學(xué)性能對(duì)比圖。f）CPTA不同掃速的CV曲線及其log i vs. log v曲線。g）CPTA在2 A g^?1電流密度下的循環(huán)性能。h）不同循環(huán)圈數(shù)下CPTA的FT-IR圖譜。

圖5 a）原位TEM測(cè)試裝置示意圖。b-l）CPTA充放電過(guò)程中的形貌演變。m,n）CPTA充放電過(guò)程中的尺寸和體積膨脹變化。o）CPTA與其他有機(jī)/無(wú)機(jī)電極材料的體積膨脹對(duì)比圖。

7. 儲(chǔ)鈉機(jī)制與全電池性能研究

  原文鏈接：Longhai Zhang, Rui Wang, Zixiang Liu, Jiandong Wan, Shilin Zhang, Siming Wang, Kang Hua, Xiaohao Liu, Xunzhu Zhou, Xiansheng Luo, Xiaoyang Zhang, Mengge Cao, Hongwei Kang,* Chaofeng Zhang,* and Zaiping Guo, Porous Organic Polymer with Hierarchical Structure and Limited Volume Expansion for Ultrafast and Highly Durable Sodium Storage, Advanced Materials, 2023. 

  https://doi.org/10.1002/adma.202210082

作者介紹

  張朝峰，安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院教授，博士生導(dǎo)師，安徽省杰出青年基金獲得者，安徽省萊布尼茲材料科學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究中心副主任�！�Materials Today Energy》、《Chinese Chemical Letters》及《eScience》青年編委，《Frontiers in Chemistry》雜志客座副主編。主要研究方向?yàn)樾滦徒饘匐x子電池材料及機(jī)理等的研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，安徽省杰青項(xiàng)目，安徽省優(yōu)秀科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，安徽大學(xué)高層次人才啟動(dòng)項(xiàng)目，安徽省留學(xué)人員創(chuàng)新項(xiàng)目擇優(yōu)資助計(jì)劃等十多項(xiàng)。共發(fā)表80多篇論文。相關(guān)文章發(fā)表在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Energy & Environmental Science, Nano Energy, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Chemical Science, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Power Sources, ACS Applied Materials & Interfaces, Carbon, Energy Storage Materials, Angewandte Chemie International Edition等期刊上。