Angew. Chem. ：具有氧化还原活性的四核铁氧簇用于高效锂存储

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和环境友好等特性，被广泛用于便携式电子产品和电动汽车的能量转换系统。目前商业使用广泛的石墨材料其理论容量∼372 mAh·g-1，不能满足当前生产设备不断增长的需求。多金属氧酸盐(POMs)是一类由过渡金属和氧组成的具有明确分子结构的特殊无机化合物，可以充当“电子库”，提供丰富的金属活性位点，其中，具有氧化还原活性的环境友好型铁氧簇合物被认为是锂离子电池阳极材料的理想候选者。相较于铁氧化物自身对空气和水的敏感性以及颗粒迁移和体积膨胀造成能量损失的局限性，设计合成具有独特多孔结构的铁氧簇合物可以大大减缓此类问题的出现。
近日，东北师范大学臧宏瑛教授、郎中玲副教授和李英奇讲师合作报道了作为锂离子电池阳极材料的生态友好型四核铁氧簇。通过调控溶剂比例完成Fe3+和SO42-的不同自组装，最终获得具有亚纳米孔道结构的簇合物3用于高效锂存储。
 
 
通过溶剂比例和硫酸用量的调整实现Fe3+和SO42-的自组装，从而合成出三种不同配位模式的铁氧簇合物。其中，目标产物簇合物H6[Fe4O2(H2O)2(SO4)7]·H2O (3) 具有独特的一维亚纳米孔道结构。铁氧簇合物的分子静电势（MEP）和电子特性的DFT理论预测表明簇合物3具有作为锂离子电池电极材料的潜在优势。通过以铁氧簇合物作为电解质的电化学测试，进一步评估三种铁氧簇的氧化还原活性和可逆性，这为该系列铁氧簇在锂离子存储中的应用提供了重要的实验基础。利用原位XRD、XPS和非原位的XANES、EXAFS结合证明，在锂离子嵌入/嵌出过程，由硫酸根构筑的簇合物3的结构稳定性和可逆氧化还原活性。
综上，受益于内部亚纳米通道结构的协同效应和突出的界面能量储能机制，簇合物 3表现出远超理论容量的高比容量。这项工作为铁氧簇合物的应用及理解金属离子电池体系中的界面电荷储存机制提供了一种思路。
论文信息Designed Tetranuclear Iron-oxo Clusters with Redox Activity for High-Performance Lithium Storage
Dr. Jia-Qi Lv, Dr. Bo Li, Dr. Qianqian Liu, Zhixin Gao, Dr. Zhong-Ling Lang, Dr. Song Liang, Dr. Yingqi Li, Prof. Hong-Ying Zang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202306193