通讯作者：王庆

通讯单位：新加坡国立大学

DOI：10.1002/adma.74474

工作简介

研究背景

核心内容

1.ABPS的合成、表征及电化学性能研究

图1.ABPS的合成表征及电化学性能

作者团队通过4-氨基吡啶的氧化偶联反应制备了4,4′-偶氮吡啶，并通过与1,3-丙磺酮烷基化反应将其转化为两性离子磺酸化产物；最终ABPS以浅红色细粉状物形式高收率分离。傅里叶变换红外光谱显示了N=N键合振动峰和季铵化/磺化处理的吡啶鎓型振动峰及强磺酸根S=O吸收峰，结合¹H NMR与¹³C NMR证实了H₂ABPS的成功合成。循环伏安法显示ABPS在玻碳电极上具有较大的过电位和宽泛的特征峰，表明界面反应动力学相对较慢；而活化面积的碳纸上可获得更尖锐、更可逆的波形，并精确测定形式电位。碳纸上显示28.1mV的峰分离度，证实了ABPS的可逆双电子转移过程及形式电位E⁰=0.82V vs SHE。

此外，H₂ABPS/ABPS组装的对称电池经过100天循环测试后表现出可忽略不计的容量衰减性能。放电容量的线性拟合显示其衰减速率极低，仅为每年0.198%。并且，循环前后的¹H NMR进一步证实了H₂ABPS/ABPS在工作条件下的稳定化学结构。

2.ABPS的氧化还原机制

图2.ABPS的氧化还原机制

DFT计算显示氧化态时LUMO位于偶氮键上，还原态时HOMO位于NH-NH基团上，而CV数据证实了可逆双电子过程的存在。因此，FTIR标记物直接为提出的PCET机制提供了化学验证，并表明稳定的两性离子磺酸盐–吡啶鎓骨架与偶氮–肼基氧化还原中心在循环过程中能够实现清洁、可逆的相互转化。

3.电池性能

图3.基于ABPS正极电解质的电池性能

ABPS|V电池电压为1.14V，ABPS|Sn电池为1.07V。此外，ABPS|V表现出宽泛的极化曲线及276mV cm^-2的峰值功率。与此同时，ABPS|Sn显示出相似的极化与倍率趋势，最高功率达381mV cm^-2。同时，ABPS|V和ABPS|Sn在不同倍率扫描过程中CE始终保持较高水平，而EE则随电流增加呈现可预测性下降趋势。

图4.电池循环性能

核心结论