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林秀梅教授/张茂升教授在高性能有机锂电池负极材料研究方面取得新进展，该成果以“Modulating molecular and electronic structures of organic material through an electron-rich heterocyclic polymer strategy for high-performance anodic lithium storage”为题发表在国际能源材料领域权威期刊《Nano Energy》上（IF=16.7）。
有机负极材料具有结构可设计、成本低廉及环境友好等优势，在锂离子电池中具有重要应用前景。然而，其实际应用中仍面临导电率低、易溶于电解液、氧化还原位点受限及工作电位偏高等瓶颈。针对上述问题，研究团队提出了一种富电子杂环聚合物策略（图1），成功合成了新型噻吩并杂环聚合物（PTP）。PTP骨架通过C=N双键与噻吩环交替连接构筑强共轭刚性结构，在提高电子电导率与结构稳定性的同时，利用N、S杂原子构筑了丰富的多电子储锂活性位点。此外，噻吩S原子的p-π给电子效应有效提升了材料的LUMO能级，实现了负极工作电位的有效调控与降低。
图1. 富电子杂环聚合物策略调控有机材料分子和电子结构示意图
研究表明，得益于独特的分子与电子结构调控，PTP电极展现出优异的储锂综合性能。在25°C下、PTP在1.0·A·g-1和5.0·A·g-1下的可逆比容量分别达到601.0·mAh·g-1和289.0·mAh·g-1，且在5.0·A·g-1下可稳定循环10,000次，比容量保持率为84%。在60°C高温环境下，PTP在1.0·A·g-1下比容量高达1206.0·mAh·g-1，原位EIS-DRT表明高温显著降低界面电荷转移与离子传输阻抗。通过原位拉曼光谱、非原位XPS/FTIR表征及理论计算，揭示了其基于共轭骨架中C=N键与噻吩环的多位点、多电子转移储锂机制（图2）。组装的LCO||PTP全电池在0.1·A·g-1下可输出127.0·mAh·g-1的可逆比容量，充分展示了其实际应用潜力。本研究明确了PTP材料清晰的构效关系，为高性能有机负极的合理设计提供了理论参考。同时深入阐明了温度对电荷存储动力学的调控机制，为提升有机负极材料储锂容量提供了新的设计思路。
图2. 原位表征及理论计算探究储锂机制示意图
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2024级硕士研究生林程昊为论文第一作者，菠菜论坛
林秀梅教授、张茂升教授、湘潭大学高平教授和我校柔性引进B类人才李剑锋教授为论文共同通讯作者，闽南师范大学为该第一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。
论文链接：//doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112310
（图/文：林程昊）
