基于供体-受体-受体分子结构嵌入共价有机框架的高性能对称性赝电容器研究

这篇研究报道了一种新型三苯胺(TPA)-吡啶(Py)-萘二酰亚胺(NDI)供体-受体-受体(D-A-A)结构的共价有机框架(COF)材料TPA-Py-NDI，通过希夫碱缩合反应构建。该材料与石墨箔(GF)复合制备的电极在双电极对称超级电容器中展现出146.38 F g?1的高比电容、26.34 Wh kg?1的能量密度和1079.97 W kg?1的功率密度，为有机分子架构电极在电能存储(EES)设备中的应用提供了新思路。

　　

亮点

本研究设计了一种创新的D-A-A分子结构（三苯胺供体-吡啶/萘二酰亚胺双受体）共价有机框架(COF)，通过精确调控分子轨道能级实现高效电荷存储。TPA-Py-NDI COF独特的氧化还原活性位点使其在充放电过程中可进行五电子四质子的法拉第反应，为开发新一代电能存储(EES)器件奠定基础。

COF设计

构建高性能COF电极需精心选择有机构筑单元。TPA-Py-NDI COF通过π-π堆叠形成有序孔道结构，其TPA供体单元提供空穴传输通道，NDI和吡啶受体单元则促进电子传输，这种D-A-A架构显著提升了分子内电荷转移效率。

讨论

如方案2所示，TPA-Py-NDI COF在充放电过程中表现出显著的法拉第赝电容行为。TPA单元因其高芳香性和可逆氧化还原特性成为理想供体，而NDI和吡啶单元通过多重受体作用协同降低LUMO能级。这种分子设计使材料在1 M H₂SO₄电解液中展现0.8V的宽电压窗口，优于传统D-A型COFs。

结论

我们成功开发了基于亚胺键的TPA-Py-NDI COF，其高比表面积和多孔结构赋予卓越电化学性能。该材料在GF基底上制备的对称超级电容器表现出146.38 F g^?1的比电容和>5000次循环稳定性，为开发轻量化、高能量密度的柔性储能器件提供了新策略。