仿生氨基酸功能化吩嗪改善水系有機(jī)液流電池穩(wěn)定性

近年來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展極大提高了可再生能源的利用率，使得以風(fēng)電光伏為代表的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的成本快速降低，對(duì)減少化石能源使用、減少碳排放量提供了有效途徑。作為再生能源儲(chǔ)能明日之星，水系液流電池可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，安全性高，非常適合大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用。

近日，浙江理工大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系季云龍博士以通訊作者在國(guó)際權(quán)威期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)（Angew. Chem. Int. Ed.）》發(fā)表封面文章《Biomimetic Amino Acid Functionalized Phenazine Flow Batteries with Long Lifetime at Near‐Neutral pH》（Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， DOI： 10.1002/anie.202014610）。

該研究主要發(fā)展了新型仿生設(shè)計(jì)水溶性吩嗪類化合物，應(yīng)用于水系有機(jī)液流電池體系并展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本單元，是正常代謝、維持生命的基礎(chǔ)物質(zhì)，通過(guò)折疊組裝構(gòu)成蛋白質(zhì)特定的分子結(jié)構(gòu)，賦予其生物活性。研究人員創(chuàng)新地使用了自然界來(lái)源廣泛的氨基酸作為功能化基團(tuán)，通過(guò)簡(jiǎn)單的一步偶聯(lián)反應(yīng)，合成了一系列具有雙電子轉(zhuǎn)移中心的水溶性吩嗪類衍生物（AFP）。利用氨基酸的給電子特性，降低其氧化還原電勢(shì)，拓寬液流電池的工作電壓范圍；利用氨基酸的天然水溶性特點(diǎn)，進(jìn)一步提高液流電池的能量密度。

該研究報(bào)道的水系液流電池在長(zhǎng)時(shí)間的恒壓充放循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)異，具有極低的容量衰減（0.000002%每圈， 0.0015%每天），意味著該類液流電池體系在長(zhǎng)時(shí)間充放電的狀態(tài)下，僅表現(xiàn)出每年0.5%的衰減，在水系儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有強(qiáng)大的應(yīng)用價(jià)值。該研究結(jié)果預(yù)示了氨基酸功能修飾的吩嗪化合物在水系有機(jī)液流電池中巨大的應(yīng)用潛力。該研究提供了一種新型高穩(wěn)定性水系有機(jī)分子結(jié)構(gòu)骨架設(shè)計(jì)策略，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)構(gòu)建高性能水系液流電池提供了重要理論依據(jù)。

季云龍博士2015年畢業(yè)于中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所，先后在美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)，哈佛大學(xué)從事博士后研究。2019年11月加入我校理學(xué)院化學(xué)系，致力于發(fā)展新型有機(jī)能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換材料并研究其器件的應(yīng)用。

責(zé)任編輯：PSY