前方高能，前景聚能：当锂电池邂逅分子聚集态科学

tianjiao

作为各种电子设备和电动汽车的主要储能设备，可充电锂电池近年来经历了爆发式发展，其中，电池正极材料尤为重要。当前，电池中使用的无机材料成本高、地理分布不均和稀缺性已经对电池行业的进一步发展产生了瓶颈，尤其是那些含有钴、镍和其他重金属元素的无机材料更是问题重重。从能源安全和可持续发展的角度来看，开发可替代无机正极材料的有机材料不仅具有科学意义，还具有巨大的商业价值。可充电有机正极材料因其可持续性强、成本效益高和电化学性质可调等优势而在锂电池中受到越来越多的关注。理论上，通过目标元素取代或官能团取代很容易提高充放电电压平台并增加电池的可逆容量。但实际上，有机分子的设计性在电池性能提升方面并没有得到完全体现，特别是充放电容量、电位间隙、循环稳定性和倍率性能仍远未达到预期。

图1 蛋白质和有机小分子正极的多级结构

         针对上述问题，一项由李振教授团队和杨全红教授团队联合完成的工作为大家提供了一个崭新的思路。在这项工作中，受蛋白质多极结构影响其生化活性这一事实的启发，研究人员通过巧妙的分子设计，获得了一系列具有不同柔韧性和对称性的有机小分子，并通过这些小分子展示了材料的多级结构(单分子化学组成、分子构象、聚集态结构)对有机电池性能的深刻影响。相关研究以“The key role of molecular aggregation in rechargeable organic cathodes”为题发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter（Matter 2022, DOI: 10.1016/j.matt.2022.09.008）上。论文共同第一作者为天津大学-新加坡国立大学福州联合学院在站博士后王雲生和天津大学2019级博士生张伟超，共同通讯联系人为杨杰副研究员、张俊博士、杨全红教授和李振教授。
         文章链接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00526-4
         文章来源：天津大学
       李振，教授，天津大学分子聚集态科学研究院院长，国家杰青。先后主持国家自然基金委重点项目、科技部973课题等，在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Chem、Adv. Mater.、Angew. Chem.等发表SCI论文200余篇，他引10000余次，h指数为59。曾获国家自然科学一等奖、宝钢优秀教师特等奖提名奖、霍英东教育基金会青年教师奖、湖北省自然科学一等奖、中国化学会青年化学奖等。担任《有机化学》、《中国科学：化学》等杂志编委。主要研究方向为有机共轭体系和功能高分子，研究范围涉及二阶非线性光学、聚集诱导发光、有机发光二极管、纯有机室温磷光、力致发光、传感器、太阳能电池、磁性纳米材料等。
           杨全红博士是天津大学教授。国家杰出青年科学基金获得者、国务院政府津贴获得者、入选科技部创新人才推进计划“中青年科技创新领军人才”。从事碳功能纳米材料和新型储能器件研究，获天津市自然科学奖一等奖（排名第一，2013）、天津市科技进步奖一等奖（排名第二，2012）和英国碳素学会“The Brian Kelly Award”（2004）。《Carbon》、《Science China Materials》、《Energy Storage Materials》《Materials Research Express》、《天津大学学报》等10份刊物编委。在Nature Chem、JACS、Adv Mater、Energy Environ Sci、Nano Lett、Phys Rev Lett、ACS Nano、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Nano Energy等刊物发表SCI论文100余篇，他人引用6000余次。承担973国家重大研究计划课题、国家自然科学基金（杰青、重点、面上）等国家及省部级项目20余项；授权发明专利30余项。