具有氧化还原活性基元的有机分子是下一代可持续储能电极的研究热点。虽然氧化还原活性分子的设计已经取得了重大进展，但高电化学活性和稳定性的实际需求，以及快速充电的快速动力学要求，促使人们正不断寻找设计有机电极三维(3D)结构的方法。
近日，韩国科学技术院Seokwoo Jeon，Il-Doo Kim，伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校Paul V. Braun报道了展示了一种三维（3D）双连续纳米网络结构，该网络结构由嵌入在多氧化还原有机层中的周期性多孔Ni载体组成。
文章要点
1）研究人员利用近场纳米刻蚀技术(PNP)制备了高度有序、亚微米-多孔的3D Ni纳米结构，该技术是一种重复性好、可扩展性强的光学光刻技术。通过结构工程，Ni具有优异的硬度、电化学稳定性和高导电性（1.43×107 S m−1），3D Ni提供了用作有机电极材料载体所需的各种性能的必要组合（这是首次将具有有序亚微米-多孔结构的3D导电载体用于有机负极）。采用聚酰亚胺基多羰基聚合物纳米粒子（PIN）作为有机电活性材料，其电解质溶解度低，理论容量高（1460 mAh g−1）。
2）复合负极由涂有PIN层的3D Ni支架（3D PIN/Ni）组成，通过为阳极内的电子和离子提供有效的路径，以及由多孔网络内的液体电解质连续路径提供的快速离子传输路径，3D PIN/Ni实现了快速的电化学反应动力学。
3）在上述主要优点的基础上，研究人员实现了3D PIN/Ni的高效超锂化，其可逆容量高达1260 mAh g−1，在10 C下循环250次，容量保持率为82.8%。首次实现了有机负极锂离子储存高达400 C，全负极容量（664 mAh g−1/2810 mAh cm−3）超过了达到快充混合动力汽车能源指标（1000 Wh kg−1/1500 Wh L−1）所需的目标线。
4）通过对3DPIN/Ni的动力学分析，研究人员对其反应化学和优越电荷转移的基础科学有了更深入的理解。这种3D周期性纳米网络负极为加快有机材料的应用，实现快速和可持续的能量储存开辟了新的可能性。
参考文献
Youngjin Ham, et al, 3D periodic polyimide nano-networks for ultrahigh-rate and sustainable energy storage, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01739J
https://doi.org/10.1039/D1EE01739J
