近日，省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室杨应奎教授团队在国际顶级TOP期刊《Angewandte Chemie》上发表了题为“Molecule and Microstructur[1]e Modulations of Cyano‐Containing Electrodes for High‐Performance Fully Organic Batteries”高水平研究论文（链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202401253）。武汉纺织大学为论文第一署名单位，重点实验室科研助理王永林为论文第一作者，重点实验室杨应奎教授、朱云海教授和沈阳航空航天大学张蓉瑜博士为论文共同通讯作者。
构建清洁低碳、安全高效的新型储能电池是解决化石能源危机和环境污染、支持“双碳”战略目标的重要途径。有机材料具有成本效益高、环境友好、可设计性强等优点，被认为是新一代电化学储能电池的理想电极材料。其中，氰基电极材料因其较高的氧化还原电位，有望获得高能量密度电池。然而，氰基极性强、电负性高，导致氰基电极材料极易溶解于极性有机电解液溶液中。同时，氰基化学键强度高，其氧化还原反应动力学缓慢。此外，氰基电极材料还面临着有机电极材料普遍存在的导电性差、活性位点利用率低等关键问题。
图1. 分子工程和核壳结构协同调控氰基电极性能的创新机制
针对上述问题，该工作以对苯二氰基为单体，结合分子工程和微观结构调控（图1.），设计合成了具有核/壳纳米复合结构的碳纳米管/氟化氰基聚合物电极材料，有效解决氰基电极材料面临的关键问题。首先，活性氰基通过硫醚连接锚定在聚合物链上，抑制了氰基活性物质的溶解。其次，氟原子取代能够调控聚合物分子的前线轨道结构，提高了正极材料的电导率和氧化还原电位。再次，碳纳米管内核赋予导电性，而纳米片状聚合物壳层增加了电解液可及比性，协同改善电子/离子扩散动力学，提高活性位点的电化学利用率。所得碳纳米管/氟化氰基聚合物正极具有高的比容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性，继而组装聚合物软包电池，表现出高的能量/功率密度。
该工作还结合原位衰减全反射红外光谱、原位Raman光谱和理论计算等方法，深度解析了氰基聚合物的氧化还原机制，厘清了目前氰基储能机制的争议，为发展高性能有机电极材料提供重要的理论依据和实践指导。
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