二维（2D）共价有机框架（2D-COFs）代表了有机电极的一个有吸引力的平台，然而它们的应用遭受由致密的p-p堆叠夹层中差的Li⁺嵌入引起的低功率性能的严重制约。研究发现，含有杂原子（例如，O、N、S等）的π-共轭芳族结构单元，赋予了COF材料增强的电活性。

基于此，云南大学林欣蓉教授，复旦大学Mao Chen设想吩噻嗪（PTZs）是一种采用“蝴蝶”构象的电子离域杂芳环，可以作为有机键来提供非平面框架。这种源于传统平面2D-COF的波状结构可以在减少强p-p堆积和容纳更多与内部活性位点相互作用的Li⁺方面发挥深远的作用，为更好的Li⁺离子运输和储存提供了新的机会。基于以上，开发了一种非平面2D-COF电极，该电极具有改进的层间可及性和显著的高倍率储锂。

文章要点

1）设计的PTZ-1,3,5-三甲酰基间苯三酚(TFP)-COF包含调节层间距离的N-芳基PTZ和提供氧化还原功能的三位羰基节点单元。在不损失芳香性和结晶度的情况下，以PTZ支架和2D-COFs的调谐堆积为特征，观察到层间距的瞬间扩大和自剥离，而不需要外部剥离或后改性。

2）相应地，在100 mA g^-1（0.33 C）的电流密度下，实现了773 mAh g^-1的高容量，而3200 mA g^-1（10 C，6分钟充电）的高倍率下仍可获得220 mAh g^-1的比容量。在1000 mA g^-1（3.3 C）下表现出良好的循环稳定性，2000次循环后容量保持率为90%。

3）实验和理论研究表明，p-共轭PTZ-TFP-COF具有较高的孔隙率、较窄的禁带宽度和电化学活性。此外，通过非原位拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱的深入研究发现，p-共轭PTZ环中通过氧化还原反应进行的电子转移和π-Li⁺相互作用促进的高电容存储被协同激活。此外，定量动力学分析表明，自扩展的d间距产生了从表面到体材料的主要离子存储，这突出了出色的功率性能。

这项工作不仅证明了分子水平控制层间工程的重要性，而且还提出了一类新的π-共轭杂环结构基序，有望用于高性能储能。

参考文献

Li et al., Molecular engineering of interplanar spacing via p-conjugated phenothiazine linkages for high-power 2D covalent organic framework batteries, Chem (2022)

DOI：10.1016/j.chempr.2022.09.015

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.09.015