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Phenanthroline Covalent Organic Framework Electrodes for High-Performance Zinc-Ion Supercapattery
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2020-06-08 , DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00903 Wenxi Wang 1 , Vinayak S. Kale 2 , Zhen Cao 1 , Sharath Kandambeth 2 , Wenli Zhang 1 , Jun Ming 3 , Prakash T. Parvatkar 2 , Edy Abou-Hamad 4 , Osama Shekhah 2 , Luigi Cavallo 1 , Mohamed Eddaoudi 2 , Husam N. Alshareef 1
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2020-06-08 , DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00903 Wenxi Wang 1 , Vinayak S. Kale 2 , Zhen Cao 1 , Sharath Kandambeth 2 , Wenli Zhang 1 , Jun Ming 3 , Prakash T. Parvatkar 2 , Edy Abou-Hamad 4 , Osama Shekhah 2 , Luigi Cavallo 1 , Mohamed Eddaoudi 2 , Husam N. Alshareef 1
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Aqueous zinc-ion batteries and capacitors are potentially competitive grid-scale energy storage devices because of their great features such as safety, environmental friendliness, and low cost. Herein, a completely new phenanthroline covalent organic framework (PA-COF) was synthesized and introduced in zinc-ion supercapatteries (ZISs) for the first time. Our as-synthesized PA-COF shows a high capacity of 247 mAh g–1 at a current density of 0.1 A g–1, with only 0.38% capacity decay per cycle during 10 000 cycles at a current density of 1.0 A g–1. Although covalent organic frameworks (COFs) are attracting great attention in many fields, our PA-COF has been synthesized using a new strategy involving the condensation reaction of hexaketocyclohexanone and 2,3,7,8-phenazinetetramine. Detailed mechanistic investigations, through experimental and theoretical methods, reveal that the phenanthroline functional groups in PA-COF are the active zinc ion storage sites. Furthermore, we provide evidence for the cointercalation of Zn2+ (60%) and H+ (40%) into PA-COF using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy and deuterium solid-state nuclear magnetic resonance (NMR). We believe that this study opens a new avenue for COF material design for zinc-ion storage in aqueous ZISs.
中文翻译：
高性能锌离子超级电池的菲咯啉共价有机骨架电极
水性锌离子电池和电容器由于具有安全性，环境友好性和低成本之类的强大功能，因此具有潜在的竞争性网格规模的储能设备。本文中，首次合成了全新的菲咯啉共价有机骨架（PA-COF）并将其引入锌离子超级电池（ZIS）中。我们合成后的PA-COF在0.1 A g –1的电流密度下显示出247 mAh g –1的高容量，在1.0 A g –1的电流密度下，在10 000次循环中，每个循环的容量衰减仅为0.38％。尽管共价有机骨架（COF）在许多领域引起了极大的关注，但我们的PA-COF是采用一种涉及六酮环己酮与2,3,7,8-吩嗪四胺的缩合反应的新策略合成的。通过实验和理论方法进行的详细机械研究表明，PA-COF中的菲咯啉官能团是活性锌离子存储位点。此外，我们提供了使用感应耦合等离子体原子发射光谱法和氘代固态核磁共振（NMR）将Zn 2+（60％）和H +（40％）共嵌入PA-COF的证据。我们相信，这项研究为在水性ZIS中存储锌离子的COF材料设计开辟了一条新途径。
更新日期：2020-07-10
中文翻译：
高性能锌离子超级电池的菲咯啉共价有机骨架电极
水性锌离子电池和电容器由于具有安全性，环境友好性和低成本之类的强大功能，因此具有潜在的竞争性网格规模的储能设备。本文中，首次合成了全新的菲咯啉共价有机骨架（PA-COF）并将其引入锌离子超级电池（ZIS）中。我们合成后的PA-COF在0.1 A g –1的电流密度下显示出247 mAh g –1的高容量，在1.0 A g –1的电流密度下，在10 000次循环中，每个循环的容量衰减仅为0.38％。尽管共价有机骨架（COF）在许多领域引起了极大的关注，但我们的PA-COF是采用一种涉及六酮环己酮与2,3,7,8-吩嗪四胺的缩合反应的新策略合成的。通过实验和理论方法进行的详细机械研究表明，PA-COF中的菲咯啉官能团是活性锌离子存储位点。此外，我们提供了使用感应耦合等离子体原子发射光谱法和氘代固态核磁共振（NMR）将Zn 2+（60％）和H +（40％）共嵌入PA-COF的证据。我们相信，这项研究为在水性ZIS中存储锌离子的COF材料设计开辟了一条新途径。
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