晏超/张恒AEM：构建具有多重氧化还原活性位点的硫杂环芳香胺聚合物，用于长寿命和全有机水系镁离子电池

有机聚合物材料因其可持续性和结构可设计性，在可充电水系镁离子电池（AMIBs）中备受关注。然而，由于其氧化还原活性位点不足、在水系电解质中的溶解性以及短程共轭结构，导致能量密度低、循环稳定性差，从而阻碍了其离子存储能力。本文构建了一种具有多个氧化还原活性位点和长程共轭结构的硫杂环芳香族聚酰亚胺基有机聚合物（PTDBS），并将其用作AMIB阳极的活性材料，实现了出色的Mg2+储存能力。由于引入了硫醚键，PTDBS具有更强的电子传导性和更多的氧化还原活性位点，可用于Mg2+的可逆配位，从而确保了高氧化还原活性和优异的电子亲和性。因此，PTDBS电极可在MgCl2水溶液电解质中实现超快、超稳定的Mg2+储存，在10.0 A g-1 的条件下，速率容量高达98.6 mAh g−1，并且在7500 个循环周期内具有显著的循环稳定性，容量保持率高达90.0%。值得一提的是，通过耦合PTDBS阳极和聚吲哚阴极实现的全有机水性全电池具有能量密度高、寿命长的特点。这项工作为开发用于大规模水性储能的高稳定性全有机电极材料奠定了基础。

图文简介

a ) PTDBS有机化合物合成路线示意图；b ) LUMO/HOMO能级. c ) PTDBS重复单元的ESP曲面计算；d ) PTDBS的RDG对Sign(λ2)ρ作图及相应的梯度等值面；e ) PTDBS的LOL-𝜋图。

a ) PTDBS的13C NMR谱图。b，c ) PTDBS和两种前驱体( PTCDA和DBS )的FTIR谱图和XRD谱图。d-f ) PTDBS的高分辨O 1s，N 1s和S 2p XPS谱图。g-i ) PTDBS的HRTEM和EDX图谱。

a ) PTDBS和PTCDA单体的倍率性能；b )不同电流密度下的CD曲线；c ) 1.0 A g-1下100次循环的GCD曲线；d ) 10.0 A g -1下7500 次循环的长期循环性能；e ) PTDBS电极充放电过程中对应的电解液原位UV-vis光谱。插图显示了循环前后的电解液条件。f )与先前报道的文献中具有代表性的有机电极材料进行容量保持率的比较。

a )所构建的全有机AMIB的示意图。b ) PTDBS阳极，PIND阴极和具有扩展电化学窗口的全电池的CV曲线。c )不同扫描速率下的CV曲线，从2.0到10.0 mV s -1。d，e )不同电流密度下的倍率容量和CD曲线。f )全电池的能量密度和功率密度图。g )在4.0 A g -1下，全电池的长期循环性能超过10 000 次。

论文信息

通讯作者： Chao Yan，Heng Zhang