高安全性，低成本和高容量的可充电镁电池（RMBs）是锂离子电池的有效替代品。然而，RMBs缺乏高功率，高能量和稳定的正极阻碍了它们的商业化。有鉴于此，马里兰大学王春生教授，武汉理工大学麦立强教授报道了对环境无害，低成本和可持续用于镁储存的共价有机骨架（COF）正极。

文章要点：

1）COF是由有机单体1,4-二氰基苯与ZnCl₂在石英安瓿中于400°C加热而合理聚合而成，ZnCl₂充当微孔形成的反应催化剂。COF材料是由具有二维（2D）分层结构的苯环和三嗪环组成的多孔蜂窝聚合物。基于密度泛函理论（DFT）计算的优化结构，显示出1.39 nm的六角形微孔。TEM显示COF材料具有层状结构。从片材边缘观察到的HRTEM图像显示，每个片材都是（001）取向片的堆积，层间间距约为3.4Å。XRD显示，COF是由芳环组成的短程有序骨架。

2）这种材料显示出高功率密度（最高2.8 kW kg^-1），高比能量密度（最高146 Wh kg^-1）和长循环稳定性，代表了迄今为止所有已报道的有机正极中最佳的电化学性能之一。

3）研究人员发现，其在0.5 C（1 C 为 114 mA h g^-1）时具有102 mA h g^-1的初始放电容量，并且当电流密度分别增加到2 C和10 C时仍保持70％和52％的容量。此外，在5 C的高速率下，可实现72 mAh g-1的可逆容量，在3000次循环中每个循环的缓慢容量衰减率为0.0196％，这是有机Mg电池最出色的循环稳定性之一。

4）研究人员详细的动力学分析进一步探索了电荷存储的性质。大多数RMBs都具有较大的电压滞后和较低的可逆性。而基于COF的正极材料由于具有高电容贡献的赝电容行为，因此显示出快速的阳离子扩散，超稳定的循环稳定性和超高速率特性。综合电化学分析表明，COF中的三嗪环位点是镁离子可逆反应的氧化还原中心。

Ruimin Sun, et al, A Covalent Organic Framework for Fast-Charge and Durable Rechargeable Mg Storage, Nano Lett., 2020

DOI：10.1021/acs.nanolett.0c01040

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01040