圖1. 可開關共軛系統示意圖

近日，來自華南理工大學的傅志勇教授和梁振興教授課題組在Advanced Materials 上發表研究論文，提出了採用“共軛自調控策略”進行分子結構設計，利用可旋轉的苯基在空間上隔離兩個吡啶鹽活性中心，構建了一個可開關的共軛系統，即1,1'-二[3-(三甲銨)丙基]-4,4'-(1,4-苯基)二吡啶鹽四氯化物((APBPy)Cl4)。氧化態時共軛關閉，兩個吡啶鹽之間電子相互作用力弱，表現出獨立的電化學行為，因此，兩電子轉移電位一致，簡化了電池管理；還原態時共軛開啟，強化電荷離域，降低二電子還原態的路易斯鹼性，提升電池迴圈穩定性。使用0.5 M (APBPy)Cl4匹配Tempo衍生物正極，單節液流電池可提供高達1.730 V的標準電池電壓和20.0 Ah L-1的體積比容量。同時，該電池在80mA cm-2電流密度下表現出80.8%的極高能量效率和優越的迴圈穩定性。

圖2. 迴圈伏安（a）與線性掃描伏安（b）圖

圖3. 電池效能

本工作為理性設計二電子轉移電位一致且化學穩定的新型紫精活性化合物提供了思路，這將為開發高能量、易管理與低成本的紫精基水相液流電池提供分子設計基礎。推而廣之，該設計理念也為中性水相適用多吡啶鹽類活性化合物的發展指明瞭方向。同時，本文提出的“共軛自調控策略”還可為其他多電子有機活性化合物體系的結構調變提供借鑑。

Phenylene‐Bridged Bispyridinium with High Capacity and Stability for Aqueous Flow Batteries

Shuzhi Hu, Tianyu Li, Mingbao Huang, Jinghua Huang, Wenjin Li, Liwen Wang, Zhenqiang Chen, Zhiyong Fu,* Xianfeng Li, Zhenxing Liang*

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202005839

通訊作者簡介

梁振興教授簡介：華南理工大學化學與化工學院物理化學專業教授。擔任廣東省電化學能源工程技術研究中心主任、廣東省燃料電池技術重點實驗室副主任。長期從事電化學基礎與應用研究工作，具體包括：掃描電化學顯微鏡、奈米碰撞電化學、電池用關鍵材料（電催化劑、電解質）、電催化反應機理與動力學、電極荷質耦合傳遞過程研究等。迄今在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊上發表多篇研究論文。

傅志勇教授簡介：華南理工大學化學與化工學院無機化學專業教授。擔任廣東省電化學能源工程技術研究中心副主任、廣東省燃料電池技術重點實驗室副主任。長期從事紫精類、雜多酸類化合物的光電化學特性基礎與應用研究工作，具體包括：光致電子遷移型變色材料與光電催化材料、電池用無機關鍵材料等。迄今在Adv. Mater.，J. Mater. Chem. A, ACS Catal., Appl. Catal. B-Environ.等世界知名學術刊物上發表多篇研究論文。

https://www.x-mol.com/university/faculty/16821