锂离子电池（Lithium ion batteries, LIBs）被广泛应用于消费电子产品、电动汽车和可再生能源系统，支撑着低空经济和绿色交通的快速增长。然而，随着对锂电池需求的不断增长，人们对性能优异、重量更轻、寿命更长电池的需求也越来越大。其中，有效地优化正极材料中的电荷转移和离子气氛解离是实现高反应速率、弱化极化效应和提高高倍率容量并延长使用寿命的一种必要策略。共价有机框架（Covalent organic frameworks, COFs）由于其良好的拓扑结构和可调的孔隙框架而成为高性能LIBs中极具应用前景的正极材料。然而，它们的高性能往往限制于本征上缓慢的电荷转移和反应动力学。

近日，东华大学材料科学与工程学院、先进纤维材料全国重点实验室廖耀祖/胡华伟/吕伟课题组首次提出一锅法制备喹啉连接的离子型共价有机框架（iQCOF，图1）。通过电化学性能测试（图2），离子化侧链和π桥连接主链结构的iQCOF展现出更高的电化学反应速率和更高交换电流密度，说明这一策略可以显著提高电荷转移和反应动力学。基于这一结构设计，iQCOF展现出407 mAh g⁻¹的高比容量和701 Wh kg⁻¹的能量密度。即使在10 A g⁻¹的高电流密度下，iQCOF保持了0.0027%的超低容量衰减率，10000次循环后，iQCOF保持了216 Wh kg⁻¹的高能量密度。

作者通过DFT理论计算研究电荷转移增强机理（图3）。随着三氮唑离子液体和喹啉键的引入，框架结构展现出很强的缺电子性。π桥连接离子型COF可以显著缩小能带间隙并提升分子间的电荷转移。分子平面性的优化进一步调控了框架之间的分子堆叠以提升层间电荷跳跃。基于理论计算、光谱学研究和分子动力学模拟，进一步研究框架结构中存在的离子特异性吸附现象（图4）。三氮唑离子液体的引入可增强框架结构对于阴离子的约束作用从而优化电极反应过程中的溶剂化结构，使其展现出更快的反应动力学。另外，采用非原位XPS能谱和DRT技术进一步表征了iQCOF正极在大电流密度下的长循环界面稳定性。

π-Bridge-Linked Ionic Covalent Organic Framework with Fast Reaction Kinetics for High-Rate-Capacity Lithium-Ion Batteries

Ju Duan, Feng Chen, Huajie Yu, Shenbo Zhu, Likuan Teng, Kexiang Wang, Tiejun Chen, Prof. Wei Lyu, Prof. Huawei Hu,  Prof. Yaozu Liao

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505207