導(dǎo)語
近日，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院超分子配位化學(xué)研究所寧國宏教授、李丹教授團(tuán)隊(duì)與英國利物浦大學(xué)的A. I. Cooper教授團(tuán)隊(duì)合作在J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表了題為“Scalable Synthesis of Ultrathin Polyimide Covalent Organic Framework Nanosheets for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries”的重要研究成果（DOI: 10.1021/jacs.1c08675）。段海燕博士和李科博士為論文的共同第一作者，寧國宏教授、A. I. Cooper教授和李丹教授為論文的通訊作者，暨南大學(xué)為第一通訊單位。論文被選為本期的封面論文。
圖1. JACS封面圖
（來源：JACS）
寧國宏教授簡(jiǎn)介
寧國宏，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院教授。2013 年于東京大學(xué)獲得博士學(xué)位（導(dǎo)師Makoto Fujita教授）；2013年-2018年，在東京大學(xué)，新加坡國立大學(xué)（合作導(dǎo)師為L(zhǎng)oh Kian Ping 教授）和利物浦大學(xué)（合作導(dǎo)師為Andrew I Cooper教授）從事博士后研究。2018年9月底就職于暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，并加入李丹教授團(tuán)隊(duì)。寧國宏教授的研究領(lǐng)域?yàn)?strong>超分子化學(xué)、晶態(tài)多孔材料、有機(jī)儲(chǔ)能材料等，至今已在Nat. Energy、Nat. Chem.、Chem、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上發(fā)表論文30余篇。
Andrew I. Cooper教授簡(jiǎn)介
Andrew I. Cooper教授，利物浦大學(xué)，2018年聘為暨南大學(xué)榮譽(yù)教授。英國皇家科學(xué)院院士，1991年畢業(yè)于英國諾丁漢大學(xué)，并于1994年在該校獲得博士學(xué)位。先后在北卡羅萊那大學(xué)和劍橋大學(xué)從事博士后研究。1999年以英國皇家科學(xué)院“大學(xué)研究特聘學(xué)者”加盟利物浦大學(xué)化學(xué)系。2018年擔(dān)任Chemical Science主編。Andy Cooper教授迄今為止在包括Nature及Nature系列雜志，Science、Angewandte Chem.、JACS、Advanced Materials等國際頂尖雜志發(fā)表文章 300多篇。研究興趣包括：多孔有機(jī)籠、有機(jī)共聚微孔聚合物、新型功能化的聚合物的開發(fā)研究，材料催化，聚合物催化光分解水等。
李丹教授簡(jiǎn)介
李丹教授，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院院長(zhǎng)，專注從事超分子配位化學(xué)的研究工作。英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士（FRSC，2014年），中國化學(xué)會(huì)首批高級(jí)會(huì)員（2020年）。主持國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國家973計(jì)劃（課題組長(zhǎng)）等。在國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物如Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.等發(fā)表學(xué)術(shù)論文250多篇。獲國務(wù)院“政府特殊津貼專家”，入選首屆國家“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才；曾獲得廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（第一完成人）、第十五屆丁穎科技獎(jiǎng)。
前沿科研成果 共價(jià)有機(jī)框架超薄納米片助力高性能鋰硫電池 鋰硫電池因其高理論容量、低成本和環(huán)境友好性而受到越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是最有前景的下一代儲(chǔ)能體系之一。然而，多硫化鋰中間體的溶解和穿梭效應(yīng)，循環(huán)過程中體積膨脹效應(yīng)嚴(yán)重限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。共價(jià)有機(jī)框架（COF）是一類結(jié)構(gòu)規(guī)整的晶態(tài)多孔材料，擁有多樣的有機(jī)砌塊、豐富的表面官能團(tuán)、有序的孔道結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的穩(wěn)定性，近年來被發(fā)展成為一種新型的鋰硫電池載體材料。二維塊體COF結(jié)構(gòu)中通常由于有較強(qiáng)的 π-π 相互作用而層層堆疊，導(dǎo)致活性位點(diǎn)被深度包埋使得離子擴(kuò)散難以觸及；另外，一些缺陷與顆粒間的邊界限制了電子和離子的傳輸，嚴(yán)重影響了其性能。COF納米片具有均一的物理化學(xué)性質(zhì)和電子性質(zhì)，能最小化離子傳輸路徑，比體相COFs展現(xiàn)出更高的活性位點(diǎn)利用率和更快的電荷傳輸動(dòng)力學(xué)，可能是解決上述問題的有效策略。
圖2. PI-CONs及PI-CONs/S的合成示意圖
（來源：JACS）
研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)之前氫鍵誘導(dǎo)組裝聚合法的合成條件（Haiyan Duan, Pengbo Lyu, Jingjing Liu, Yanli Zhao, and Yuxi Xu*, Semiconducting Crystalline Two-Dimensional Polyimide Nanosheets with Superior Sodium Storage Properties. ACS Nano, 2019, 13 (2), 2473–2480），大批量制備出可液相超聲剝離的層狀高結(jié)晶聚酰亞胺共價(jià)有機(jī)框架（PI-COF），并成功將PI-COF及剝離的微米級(jí)超薄二維聚酰亞胺納米片（PI-CONs）作為載體材料應(yīng)用于高性能鋰硫電池（圖2）。不同于以往通過溶劑熱法或熱回流法的策略制備PI-COF，這種氫鍵誘導(dǎo)的聚合法制備得到的PI-COF具有高的結(jié)晶性和明晰的類石墨層狀結(jié)構(gòu)，從而能夠通過自上而下法高效剝離得到橫向尺寸約為6微米、厚度約為1.2 nm的超薄二維COF納米片（圖3和圖4）。
圖3. PI-COF的表征
（來源：JACS）
圖4. PI-CONs的表征
（來源：JACS）
上述具有二維共軛多孔結(jié)構(gòu)的PI-COF和PI-CONs含有豐富的羰基活性位點(diǎn)，能夠與中間體多硫化物產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，從而成功將可溶性多硫化物限制在正極材料區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)鋰硫電池性能的有效提升。研究人員通過理論計(jì)算研究證實(shí)了上述羰基與多硫化物的強(qiáng)相互作用，并通過一系列電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了其性能（圖5）。結(jié)果表明PI-COF和PI-CONs均具有很高的可逆容量和出色的倍率性能（在0.1 C下容量分別為1330/1205 mAh g-1，在4 C電流密度下容量分別為620/503 mAh g-1），并且表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能（在0.2 C下經(jīng)100圈循環(huán)，容量保持96%），上述優(yōu)異的鋰硫電池性能超越了絕大部分已報(bào)道的有機(jī)及聚合物鋰硫電池載體材料。
圖5. 鋰硫電池性能測(cè)試
（來源：JACS）
該研究論文得到了國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省重大基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金、廣東省青年珠江學(xué)者項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金、廣東省國際合作項(xiàng)目和暨南大學(xué)等的大力支持。
聯(lián)系客服
