可充电水系锌离子电池，特别是锌有机电池由于高理论比容量、安全环保等优势引起了研究者们的广泛关注。然而，固有结构特性和分子任意堆积造成有机阴极材料的电子电导率很低。开发具有高容量和快速氧化还原动力学的稳定阴极，对实现高能量密度的水系锌有机电池至关重要，在有机阴极中实现活性位点数量和电子导电性之间的平衡仍然是一个巨大的挑战。

近日，南京大学唐少春教授团队，利用4, 5, 9, 10-芘四酮（PT）设计研发出一种具有高活性密度和扩展共轭的偶氮聚合物（PTAP），作为阴极实现了高性能锌有机电池。

PTAP是由共轭分子通过活性偶氮基团连接的聚合物。偶氮基团不仅能促进π电子的远端离域，还能作为双电子转移的活性中心，减轻非活性组分的不利影响。强大的扩展共轭效应导致PTAP的能带隙减小，使其电子电导率达到4.26×10^-3 S m^-1。分子间的强相互作用和Zn²⁺与C=O基团间更强的配位作用阻碍了PTAP的溶剂化进程，使PTAP具有出色的抗溶解性。

以PTAP为阴极组装的锌有机电池，即使在10 A g^-1的高电流密度下比容量能保持248.61 mAh g^-1；且拥有优异的循环稳定性：在1 A g^-1电流密度下循环240小时后容量几乎不衰减，在5 A g^-1充放电循环900小时后容量保持率约为92.14%。机理研究表明，羰基和偶氮基团的多步耦合并伴随Zn²⁺/H⁺双离子插入使PTAP具有快速12电子转移的储能过程。

An Azo Polymer with Abundant Active Sites and Extended Conjugation as a Stable Cathode for High-Performance Zinc-Organic Batteries

Chengwei Ye, XiaoYa Zhou, Shaochun Tang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202501743