设计和合成一种用于水性锌-有机电池的π-共轭N-杂环材料，具有超高速率和极长寿命

由于其绿色和可再生的特性，具有定制功能团的电活性有机材料在水性锌-有机电池中至关重要。在这里，设计并合成了一种全新的N-杂环芳香材料六氮杂三萘-苯嗪（HATN-PNZ），通过酸催化的缩合反应，并展示其作为锌离子电池的超高性能阴极的应用。与苯嗪单体相比，研究表明N-杂环芳香烃的π-共轭结构可以有效增加电子离域，从而改善其电导率。此外，扩大的芳香结构明显抑制了其在水性电解质中的溶解，从而实现了高结构稳定性。如预期，HATN-PNZ阴极在5 A g-1时提供257 mAh g-1的大可逆容量，在100 A g-1时具有144 mAh g-1的超高倍率能力，并且在50 A g-1时具有45000次循环的极长循环寿命。对于电荷存储机制的研究表明，Zn2+和H+阳离子与苯并吡咯基团之间的协同配位，其中Zn2+优先，其次是H+，伴随可逆形成硫酸锌氢氧化物水合物。该工作为优越的有机材料提供了分子工程策略，并为理解水性锌-有机电池的电荷存储行为提供了新的见解。