质子（H+）具有最小的离子尺寸和最轻的重量，其作为电荷载体将克服水系锌-有机电池的动力学和稳定性瓶颈，但需设计与之匹配的正极材料才能充分释放其潜力。羰基小分子因其高反应活性和H+配位敏感性而备受关注，但面临羰基位点利用率低、易溶于电解液等问题，导致电极容量衰减和稳定性降低。因此，亟待设计新型亲质子羰基正极材料，以全面提升质子存储性能。
我院刘明贤教授团队长期致力于高效储能材料研究并应用于新能源电池开发，课题组近期设计了一种新型亲质子羰基聚合物正极材料，相互连通的网状结构显著增强了有机电极的结构稳定性，连续快速的电子离域路径促进了羰基位点的高效利用和低反应能垒的质子配位反应，实现了卓越的质子存储。相关成果以“Multiple Protophilic Redox-Active Sites in Reticular Organic Skeletons for Superior Proton Storage”为题发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。
实验表征和理论计算表明：电子属性互补的2，4，6-三甲酰间苯三酚和2，6-二氨基蒽醌通过分子内氢键（N−H‧‧‧O）和π−π平面堆叠自组装形成亲质子羰基聚合物，其展示出低能带间隙、高导电性和亲电子活性，有助于加快电子转移动力学和电极氧化还原速率。
电化学研究表明：亲质子羰基聚合物用于水系锌-有机电池正极材料时，表现出高比容量（359 mAh g−1@1 A g−1）、高倍率性能（196 mAh g−1@100 A g−1）和卓越循环寿命（60,000次充放电后容量保持率为83.3%）。
异位光谱研究表明：高度稳定的网状亲质子羰基聚合物能有效抑制活性官能团溶解，充分暴露亲质子羰基电活性中心，引发高度可逆的氧化还原反应。
分子动力学模拟研究表明：得益于低活化能(0.13 vs. 0.29 eV)，羰基活性基团与高动力学H+优先配位，从而克服Zn2+因高去溶剂化能垒而导致的缓慢界面电荷转移，有效降低了电荷传输能垒，实现了稳定快速的五质子存储。
理论计算验证了亲质子羰基聚合物中羰基位点与质子存在强相互作用，稳定的H+配位促进电极/电解质界面电荷累积，显著提高了质子存储容量。这项工作对于在碳基化合物中激发优异的质子活性以构建先进的锌-有机电池具有重要意义。
刘明贤教授为论文通讯作者，博士后张叶慧为论文第一作者，上述研究工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委和中国博士后科学基金会资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423936
