为实现可持续发展和碳中和目标，各国政府对可再生能源（太阳能、风能、水能等）的开发和利用高度重视。其中，水系液流电池是已经初步产业化、受业界持续关注的技术，在储存可再生能源上具有巨大潜力。这得益于其特殊的构造，使得它的电池容量与功率相互独立，可单独进行调整，且具有高电流、高功率、安全的特点。目前钒液流电池和锌-溴液流电池已正式投入使用，但他们都无法摆脱对腐蚀性的强酸性电解液的需求。因此，开发有机储能化合物用于中性或近中性的水系液流电池成为一大研究热点。

近日，犹他州立大学刘天骠教授团队以高电化学稳定性的紫精为活性中心，开发出一种羧基修饰的紫精化合物，(CBu)₂V，作为近中性水系液流电池负极材料。在实验中，团队发现(CBu)₂V对溶液酸碱度敏感，且在弱碱性条件下能达到高溶解度及更低的氧化还原电位。0.9 M浓度下组装的(CBu)₂V-亚铁氰化铵电池能达到0.89 V的电压、9.5 Wh/L的放电能量密度，并实现了1200小时、0%容量损耗的充放电循环寿命。

在对(CBu)₂V理化性质的研究中发现，在弱酸性条件下（pH=4），羧基被质子化为羧酸，(CBu)₂V的氧化还原电位在-0.36 V (vs. NHE)；随着pH值升高至10，电位逐渐负移至-0.43 V (vs. NHE)。此外，酸性条件下(CBu)₂V的溶解度低于0.5 M；在碱性条件下，溶解度增加到2.1 M。同时，DFT模拟计算表明，当侧链为羧酸基团时，氧化还原中心的静电势分布偏正，分子偶极矩较小，LUMO能级降低。这表明：（1）羧酸盐状态下的侧链对氧化还原核心具有给电子效应，使氧化还原电位负移；（2）羧酸盐状态下分子极性增大，溶解度提升。

循环伏安法(CV)测试表明，在pH=9时，亚铁氰化铵与(CBu)₂V配对组装的电池可达到最高电压。在这一条件下，分别进行了0.5 M和0.9 M的全电池测试。在0.5 M全电池中，于80 mA/cm²的条件下实现了1500个稳定充放电循环、近500小时循环寿命和0%容量衰减，随后的NMR与CV测试中均未发现(CBu)₂V分解。0.9 M的全电池在40 mA/cm²电流密度下也展现出优异的稳定性，实现了1000个充放电循环、1200小时循环寿命和0%容量衰减，并达到9.5 Wh/L的放电能量密度。在目前报导的水系液流电池中，(CBu)₂V|Fe(CN)₆电池的放电能量密度最高，循环时间最长。

在对紫精类储能材料的研究中发现，不同官能团对分子主体的影响不同。羧酸盐不仅提供了相较磺酸基、三甲铵基更高的溶解度，也赋予了分子更负的氧化还原电位。结合DFT对静电势分布和轨道能级的分析，给有机水系液流电池储能材料的开发提供了新的策略。