Nitrogen-rich redox-active monomers for COF battery materials (NITROCOF)

COF电池材料用富氮氧化还原活性单体(NITROCOF)

基本信息

项目摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are a versatile platform for achieving high-performance organic electrode materials. Redox-active subunits are readily installed and their porosity allows for efficient ion diffusion. However, most reported COFs as electrode materials use an n-type redox activity, meaning that electrons are reversibly stored concurrently with the insertion of metal cations from the electrolyte for charge balancing. In this joint proposal, we will systematically study the effect of nitrogen enrichment in the redox-active units incorporated in 2D-COFs. Two main advantages are proposed when enhancing the nitrogen heteroatom content: 1) reversible redox processes with multiple electron transfers as p-type materials can be addressed, and 2) improved coordination by N-heteroatoms to counterions for better ion storage. Hence, the enrichment of N-heteroatoms in aromatic subunits of COFs will be studied in relation to their electrode performance in lithium- or magnesium-based batteries. The synthesis of novel 2D-COFs (Dumele group) and selected linear amorphous polymers (Esser group) bearing directly comparable redox-active units will be achieved within this SPP project. We envision revealing fundamental charge and radical stabilization mechanisms using various nitrogen-enriched patterns and structure motifs. This joint approach to COF-based electrode materials will help to design polymeric scaffolds for energy storage devices fundamentally.
共价有机框架(COFs)是实现高性能有机电极材料的通用平台。氧化还原活性亚基很容易安装,它们的孔隙度允许有效的离子扩散。然而,大多数报道的COFs作为电极材料使用n型氧化还原活性,这意味着电子可以可逆地存储,同时从电解质中插入金属阳离子以实现电荷平衡。在这个联合提案中,我们将系统地研究氮富集对2D-COFs中氧化还原活性单元的影响。提高氮杂原子含量的两个主要优点是:1)可以解决作为p型材料的多重电子转移的可逆氧化还原过程,2)改善n杂原子与反离子的配位,从而更好地存储离子。因此,将研究COFs芳香亚基中n杂原子的富集与它们在锂基或镁基电池中的电极性能的关系。新型2D-COFs (Dumele基团)和选定的线性非晶聚合物(Esser基团)的合成将在该SPP项目中实现,这些聚合物具有直接可比较的氧化还原活性单元。我们设想利用各种富氮模式和结构基序揭示基本电荷和自由基稳定机制。这种基于cof电极材料的联合方法将从根本上帮助设计用于储能装置的聚合物支架。

项目成果

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