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来源：高分子科学前沿收集编辑：高分子科学前沿
太阳能响应式电池在太阳能-电化学储能技术中前景广阔，但由于缺乏有效的光电化学阴极而受到阻碍。近日，福建物构所王要兵研究团队通过苝酰亚胺（PTCDI）电子受体和三苯胺（TPA）电子给体作为单元，构筑了电荷分离耦合氧化还原共价有机框架。使用该材料作为光阴极能够同时实现在水系锌离子电池充放电过程中的双重光响应（1.6 % 的光电转化效率）。相关工作以“A Solar Responsive Battery Based on Charge Separation and Redox Coupled Covalent Organic Framework”为题发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上，第一作者为博士周恩博。
图1. 电荷分离耦合氧化还原共价有基框架用于光响应锌离子电池（TOC图）作者以苝酰亚胺（PTCDI）电子受体和三苯胺（TPA）电子给体作为构筑单元，合成了一种新型共价有机框架（TA-PT COF）。通过飞秒瞬态吸收光谱，对该COF材料进行激发态吸收（ESA）分析可以得出三苯胺单元到苝酰亚胺单元之间存在超快的分子内电荷转移（＜1.4 ps）和长时间尺度的电荷符合（TCR=949 ps），从而得到富空穴态的三苯胺单元和富电子态的苝酰亚胺单元。通过密度泛函理论计算和相关实验，能够得知这两种构筑单元之间具备相匹配的HOMO/LUMO能级结构。在后续的实验中发现这种在光照下富空穴态的三苯胺单元和富电子态的苝酰亚胺单元能够很好的匹配充放电时可逆氧化还原对的互变(C=O/C-O-, TPA/TPA+)。进一步，作者对水系锌离子电池的性能和可逆氧化还原对(C=O/C-O-, TPA/TPA+)进行了详细测试和表征。在充放电过程中，该阴极材料能够通过C=O/C-O-和TPA/TPA+的互变 完成阳/阴离子（Zn2+/OTf-）的可逆嵌脱，该过程能够通过原位红外表征证实。该共价有机框架构筑的阴极材料能够具有较好稳定性和较高能量效率。最终在光照下，能够表现出可靠的光响应性能，且稳定运行500个循环。在照明下，放电电压增加了376 mV，从0.406 V增加到0.780 V，充电电压减少了242 mV，从1.255 V减少到1.497 V（图4c）；输出功率增加了87.5%，输入功率节省了20%。照明下的输入功率显示了1.6% 的最高光电转化效率。图3. 水系锌离子电池中TA-PT COF阴极的原位红外表征在对机制的研究中发现光照下放电时起主要响应功能的是电子促进的Zn2+离子嵌入，而充电时起主要响应功能的是空穴促进的OTf-离子的脱出。其中的关键在于电子/空穴流和Zn2+/OTf-流之间的动态和协同作用，即光耦合电子/物质传递机制。该研究的最大意义在于，通过D-A结构和氧化还原位点的耦合可以实现有效的光电化学能量存储，并且揭示了该过程的深层机理，对于高性能光充电/响应电池的阴极材料的开发有着重要的启示作用。--纤维素推荐--
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