October 13, 2026

第一作者：姚恩泽&李璐 通讯作者：王盼 通讯单位：西湖大学 DOI：10.1016/j.ensm.2026.105576 感谢王盼团队(第一作者:姚恩泽)校稿！ 工作简介 本研究采用离子侧链工程，在不改变吩嗪自由基阳离子共轭核心的前提下，提升了其氧化还原电位及溶解性。通过将远端阴离子磺酸基团替换为阳离子铵基团，改变了分子间堆积方式，从而使首半波电位（E1/2）从0.27 V移至0.36 – 0.37 V（相对于标准氢电极）。优化后的化合物PTPR的溶解度达到1.87 M，并且在水中放置55天，仍未检测到分解现象。在电子浓度为1.0 M PTPR与紫精衍生物配对所构成的全电池中，该电池的CE超过99%，EE为94%。该电池累计运行35天，由恒电流–恒电位段测得的容量衰减率为每圈0.012%或每日0.08%。上述结果表明，在吩嗪自由基骨架中，阳离子侧链取代可以调控其氧化还原特性及溶解性。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 【论文奖励】2026年8月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年7月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年5~6月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年4月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年3月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年2月液流电池论文奖励清单！ 研究背景 水性有机液流电池（AORFBs）因能量与功率解耦，且氧化还原活性材料的分子结构可调，从而可以调节分子的电位、溶解度及稳定性，因而成为大规模储能领域的理想选择。目前，液流电池体系在负极电解质的研究方面已取得显著进展，包括紫精类、蒽醌类及吩嗪衍生物。相比之下，开发具有同等稳定的正极电解质仍面临更大挑战。近期代表性体系包括TEMPO、二茂铁、铁基配合物以及吩噻嗪衍生物。有机正极电解质在氧化时通常形成缺电子态，进而可能在水溶液中发生亲核攻击、歧化反应、二聚化或其他不可逆反应。实用化的正极电解质需兼具优异的电化学稳定性，并同时满足其他关键要求：适宜的氧化还原电位、高水溶性，以及在充电与放电状态下均具备快速的电子转移动力学性能。 核心内容 图1.A)PTPR的氧化还原反应；(B)在1.0 M KCl溶液中，以40mV s⁻¹下5 mM PTPR的CV曲线；(C)在1.0 M KCl溶液中，以20 mV s⁻¹的扫描速率记录的PTPR的RDE；(D)0.05 M PTPR在水中的时间依赖性EPR光谱；(E)0.1 M PTPR在水中的时间依赖性UV–vis光谱；(F)PTPR在充放电过程中的原位UV–vis光谱；(G)充放电过程中的原位IR光谱等高线图，左侧为相应的充放电电压–时间曲线 合成的吩嗪自由基阳离子衍生物具有双极性特征，能够同时发生氧化和还原反应，可通过在1.0M KCl水溶液中的CV实验得到证实，实验中可观察到两个明显的氧化还原峰。PDPR的氧化还原波半波电位分别为E11/2= 0.37 V和E21/2  = 1.09 V（相对于SHE），与PTPR的相应值0.36 V和1.09 V高度相似。然而，与PDPR可能会在去质子化后易沉淀不同，PTPR由于其季铵盐的结构在不同pH条件下仍能保持稳定的溶解度。旋转圆盘电极（RDE）实验测得PTPR两个氧化还原电对的扩散系数分别为3.99×10⁻⁶ cm² s⁻¹与4.56×10⁻⁶ cm² s⁻¹；动力学分析进一步得出这两个氧化还原对的k₀分别为6.04×10⁻³ cm s⁻¹与5.35×10⁻³ cm s⁻¹。 此外，在整个稳定性检测期间，EPR谱图未出现明显变化，表明该自由基信号在空气环境下的水溶液中仍能良好保留。此外，为期55天的紫外–可见（UV–vis）光谱谱线亦未出现显著位移或吸光度下降。上述结果与EPR数据共同表明，PTPR在监测时段内于水介质中表现出持续稳定性。 […]