同济大学刘明贤教授团队EES：非平面扩展分子工程解锁有机小分子“不溶性”与“高活性”助力高性能水系锌电池

背景：水系锌电池因高安全性和低成本成为下一代储能技术的有力竞争者，但有机小分子正极材料在水系电解液中因极性基团与水分子强相互作用而极易溶解，导致容量不可逆衰减，且传统聚合或COFs策略会引入非活性单元降低比容量。研究目的：同济大学刘明贤教授团队旨在通过非平面分子工程设计，在不牺牲容量的前提下同时解决有机小分子的溶解问题和反应能垒瓶颈。结论：团队通过将高活性平面型对二硝基苯（DB）与非平面三苯胺（TA）融合，构筑了非平面叔氮扩展的硝基苯分子（TNB）。其分子内π-π相互作用能（−35.8 kcal mol-1）显著强于水合解离能（+15.1 kcal mol-1），实现了零溶解度（0 mmol L-1）。同时，非平面结构完全暴露活性位点，以极低活化能（0.23 eV）协同存储Zn2+和SO42-，实现了98.9%的活性位点利用率和430 mAh g-1的高容量。Zn//TNB电池展现出100 A g-1的优异倍率性能及18万次循环后84.1%的容量保持率。该策略可普适推广至羧酸、氰基、亚胺等有机体系，为开发高活性、超稳定有机小分子电极材料提供了全新路径。