具有多个氧化还原活性位点的共价有机框架用于高性能水性钙离子电池

有机材料在钙离子电池（CIBs）的阳离子储存方面前景广阔。然而，有机材料在电解液中的高溶解度和低电子导电性仍然是高性能CIBs的主要挑战。在此，我们设计了一种富含氮的共价有机框架，具有多个羰基（TB-COF），作为水性阳极以解决这些障碍。TB-COF在1.0 A g-1时展现出高达253 mAh g-1的可逆容量，并具有长循环寿命（在3000个循环后5 A g-1时每循环0.01%的容量衰减）。验证了Ca2+/H+共同插层于COF中的氧化还原机制，并与C═O和C═N活性位点螯合。此外，还识别出一种新型C═C活性位点用于Ca2+离子储存。计算和实证结果显示，在每个TB-COF重复单元中，经历三次错位插层步骤后，最多可储存九个Ca2+离子，涉及三个不同的Ca2+离子储存位点。最后，自由基中间体的演化过程进一步阐明了C═C反应机制。