近日，我院韩磊和郭杰研究团队在钠离子电池有机电极材料芳香储钠研究上取得重要进展，在能源领域国际顶级期刊《Energy Storage Materials》（影响因子19.3）上发表题为“Unlocking High-Performance Aromatic Sodium Storage in Small-Molecular Perylene Diimide Anodes”的研究论文。论文第一作者为我院化学专业2023级研究生王宇辉，韩磊教授和香港城市大学张其春教授为共同通讯作者，宁波大学为第一单位。
有机电极材料相比传统无机电极材料具有分子结构可调、离子扩散动力学快、资源丰富等优势，被认为是一类极具潜力的下一代钠离子电池电极材料。然而，小分子有机电极普遍面临电子导电性差和活性位点密度有限等固有挑战，尤其是分子骨架中大量存在的芳香环在电化学过程中通常保持惰性，仅作为“死质量”贡献分子量而无法储存电荷，严重限制了理论比容量的提升。因此，激活芳香环使其参与可逆的钠离子存储，对于突破有机电极材料的容量瓶颈至关重要。本研究提出了一种分子设计策略，通过构建具有扩展π共轭的苝二酰亚胺衍生物（PDI-DTMA），并采用D-A-D构型来激活芳香环。扩展的芳香骨架与甲氧基诱导的p-π共轭协同作用，有效使电荷在π体系内离域，同时维持分子间的π-π堆积，这不仅提高了电导率，还将芳香环转化为可逆的氧化还原中心。所制电极在50 mA g⁻¹电流密度下表现出400 mAh g⁻¹的高容量，并具有卓越的倍率性能和长期循环稳定性。DFT计算及原位/非原位实验分析揭示了一种混合储存机制，涉及可逆的羰基氧化还原、激活的芳香环氧化还原以及甲氧基赋予的电容吸附。本研究证明，电子离域、导电性增强和层间工程的一体化设计，为通过芳香环氧化还原活性实现高性能钠存储提供了一种协同策略，有望推动高比能有机钠离子电池的进一步发展与实际应用。
【文章链接】
Yuhui Wang, Jie Guo, Yifan Tang, Yao Xiao, Jing Li, Guochang Li, Qichun Zhang*, Lei Han*, Unlocking High-Performance Aromatic Sodium Storage in Small-Molecular Perylene Diimide Anodes, Energy Storage Materials, 2026, 105322.
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105322
