1研究背景

随着全球能源结构的转型，可再生能源如风能和太阳能的比例不断增加，但这些能源的间歇性和不稳定性给电网的稳定运行带来了挑战。为了解决这一问题，大规模的储能技术变得至关重要。在众多储能技术中，水系有机氧化还原流动电池（AORFBs）因其高安全性、长寿命、环境友好和成本效益等优点，被认为是未来大规模储能的有力候选技术。然而，AORFBs的实际应用受到了电活性材料性能的限制。特别是，广泛用于AORFBs的违咯啉衍生物，由于其弱共轭和不稳定的自由基，大大限制了其实际应用。为了克服这些挑战，研究人员一直在探索通过分子工程来改善违咯啉衍生物的结构和性能。

2成果简介

在这项研究中，研究人员成功设计并合成了一种新型的硫桥联的违咯啉衍生物，[(NPr)2SV]Cl4。这种新型化合物通过间位取代策略，实现了违咯啉分子的平面共轭锁定配置，其吡啶环之间的二面角降低到了0.14°，显著增强了分子的芳香性。这种锁定的平面配置有效地调节了分子间的π-π相互作用，并抑制了自由基与氧气的反应活性。通过X射线单晶结构分析、光谱技术、分子动力学模拟以及线性离子阱质谱实验，研究人员证实了这种新型违咯啉衍生物的稳定性和电化学性能。研究人员还构建了基于[(NPr)2SV]Cl4的AORFB，并展示了其卓越的长循环性能。在2500个循环中，其容量保持率是传统对位取代违咯啉衍生物[(NPr)2TV]Cl4的4.1倍。此外，0.5 M的电池在200个循环中展现出了99.83%的容量保持率，以及在147 mW cm-2的功率密度下的优秀性能。

3图文导读

图1  展示了新型违咯啉衍生物[(NPr)2SV]Cl4与已知的对位取代违咯啉[(NPr)2TV]Cl4在自由基稳定性和水溶性方面的差异。图中还比较了不同取代基团对违咯啉衍生物水溶性的影响。

图2  通过核独立化学位移（NICS）值的变化，展示了[(NPr)2SV]Cl4中吡啶环和硫酚环的芳香性增强。同时，展示了分子间π-π相互作用的单点能量计算结果，以及分子动力学模拟的快照，揭示了分子间聚集的动态过程。

图3  通过X射线单晶结构分析（SC-XRD）和线性离子阱质谱（LTQ-XL）测试，展示了[(NPr)2SV]Cl4分子间的π-π相互作用和分子堆积结构。

图4  展示了基于[(NPr)2SV]Cl4的AORFB的循环性能，包括不同电流密度下的电池性能，以及不同浓度下电池的稳定性和容量保持率。

4小结

文献：

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103824