氮氧自由基聚合物材料具备传统聚合物的加工性能和稳定有机自由基的可逆氧化还原特性,被广泛应用于储能、催化和生物等领域。氮氧自由基结构本身具有较高氧化还原电位和快速的氧化还原动力学过程,是一种理想的正极材料。目前已被应用于锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池和氧化还原液流电池等体系。然而,自由基聚合物正极材料现存问题阻碍了其进一步的发展与规模化应用。首先,自由基聚合物本身低导电性要求在电极材料中引入导电碳材料,而聚合物与导电碳之间较差的相容性导致聚合物在复合电极占比较低,降低了电极比能量,故通过结构设计提高聚合物在碳材料表面分散对电极性能至关CL13900说明书重要;其次,自由基结构在酸性条件下的歧化反应限制了氮氧自由基聚合物材料在路易斯酸电解液中的应用,常见的如Al离子电解液体系。故探索自由基歧化反应机理并抑制歧化副反应对拓宽自由基聚合物正极应用场景具有重要意义。本文针对以上两个关键问题,首先通过聚合物结构设计实现氮氧自由基/碳纳米管复合电极性能优化,并构建全有机电池,推动基于可再生材料的储能体系发展。其次,通过Al离子电解液体系优化,探索反应机理并抑制歧化副反应,首次实现基于氮氧自由基聚合物正极的水系铝离子电池(AAIBs)。具体研究内容如下:(1)针对聚合物在导电碳中分散性差的科学问题,我们通过对聚(2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧基自由基-甲基丙烯酸酯)(PTMA)进行蒽醌(AQ)化学修饰得到P(TMA-co-AQ),AQ基团与CNTs通过非共价π-π相互作用可以促进聚合物在导电碳中的分散性,增强了电极电子转移速率,优化了氮氧自由基聚合物/碳纳米管的电极性能,提升了聚合物电池的容量和循环稳定性。然后我们以P(TMA-co-AQ)为正极材料,电位较低且功率密度与PTMA相匹配的对苯二甲酸银(Ag2TP)作为负极,构建了高输出电压全有机电池。结果显示P(TMA-co-AQ)/Ag2TP全电池体系在0.5C下比容量达到182mAh g-1,输出电压高达2.8V。(2)通过对2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧自由基(TEMPO)在三氟甲磺酸铝(Al(OTF)3)有机溶液和水溶液中化学和电化学行为的探索与研究,揭示了TEMPO在Al(OTF)3水溶液中存在可逆歧化生成TEMPO负离子与Al(OTF)3配合物,且TEMPO配合物与H2O分子之间存在快速的配体交换。通过对反应机理的探索,我们实现了 TEMhttps://www.selleck.cn/products/dinaciclib-sch727965.htmlPO在水性电解质中的可逆电化学氧化还原,并构建了第一个基于氮氧自由基聚合物(PTMA)正极的水系铝离子电池(AAIBs)。结论显示PTMA水系铝离子电池具有阻燃和空气稳定性,可提供大于1.0 VMultiplex immunoassay的稳定输出电压和110 mAh g-1的容量,以及超800次的循环稳定性。