卟啉分子，有机钾电池，正极材料，多电子转移，湘潭大学

最近，湘潭大学化学学院高平教授、刘恩辉教授团队与德国卡尔斯鲁厄理工学院Mario Ruben教授团队，德国亥姆霍兹乌尔姆研究中心MaximilianFichtner教授团队合作，并通过分子调控，提出了一种能同时降低有机分子的溶解度和提高电子电导率的策略，开发了一类含卟啉结构单元的新型正极材料（CuDEPP, 图1）用于高性能有机钾离子电池。该分子与自然界中的叶绿素和血红素等动植物分子具有类似卟啉环结构，具有高度的共轭性以及多电子转移的特点。研究者通过修饰卟啉框架上的官能团，引入具有电子导线功能的乙炔基，进而形成了分子间较强的阳离子-π相互作用，从而显著提高了有机分子的结构稳定性。研究发现在电化学充电过程中，因炔基的自聚合作用，原位构筑了具有导电网络的稳定电极。在200 mA g^-1的充放电流密度下，该卟啉正极材料的放电比容量为181mAh g^-1，且拥有2.8 V （vsK⁺/K）的平均放电电压。经过300次循环之后，其容量保持率为87%。该工作提出了具有卟啉结构单元的有机分子可用于钾离子电池。通过分子设计理念，引入炔基官能团，能同时改善高溶解和低电子电导率的问题，为开发新型有机钾离子电池提供了新的思路。