开发高功率、高能量密度的新型储能材料已成为电化学超级电容器的研究热点。

近日，南开大学张振杰报道了成功合成了两种具有丰富氧化还原活性偶氮（N=N）官能团的Grotthuss质子导电共价有机骨架（COFs），用于质子储能。

文章要点

1）Azo-NHBoc单体与三(4-甲酰苯基)胺（TFPA）在120 °C下的溶剂热反应合成了一种新的亚胺连接的COF（NKCOF-8）。同时，还制备了具有高结晶度、高孔隙率和高坚固性的COF（NKCOF-2）作为对比。这些COFs具有清晰的一维通道，良好的亲水性，显著的化学稳定性和高孔隙率，因此促进了离子的快速传输，并抑制了氧化还原活性中心的溶解。

2）与碳纳米管（CNTs）原位杂化后，CNT/NKCOF-2在三电极超级电容器中进行了10000次充放电循环，比容量仍达440 F/g，比容量仍保持90%。

3）研究发现，COFs的Grotthuss质子导电性和CNT的电子导电性为整个体系的PCET反应铺设了两条高速路径，有利于反应动力学和活性基团的利用，从而实现了高功率密度和高能量密度。组装的非对称双电极超级电容器具有优异的倍率性能，最大能量密度为71 Wh/kg，最大功率密度为42 kW/kg。这些值超过了目前所报道的所有基于COFs的高性能ASC器件。

这项工作为高性能水系超级电容器储能材料的设计提供了一条途径。

参考文献

Yi Yang, et al, Grotthuss Proton Conductive Covalent Organic Frameworks for Efficient Proton Pseudocapacitors Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202105725

https://doi.org/10.1002/anie.202105725