質子（H⁺）具有最小的離子尺寸和最輕的重量，其作為電荷載體將克服水系鋅-有機電池的動力學和穩定性瓶頸，但需設計與之匹配的正極材料才能充分釋放其潛力。羰基小分子因其高反應活性和H⁺配位敏感性而備受關註，但面臨羰基位點利用率低、易溶於電解液等問題，導致電極容量衰減和穩定性降低。因此，亟待設計新型親質子羰基正極材料，以全面提升質子存儲性能。

化學科學與工程學院劉明賢教授團隊長期致力於高效儲能材料研究並應用於新能源電池開發，課題組近期設計了一種新型親質子羰基聚合物正極材料，相互連通的網狀結構顯著增強了有機電極的結構穩定性，連續快速的電子離域路徑促進了羰基位點的高效利用和低反應能壘的質子配位反應，實現了卓越的質子存儲。相關成果以“Multiple Protophilic Redox-Active Sites in Reticular Organic Skeletons for Superior Proton Storage”為題發表於國際化學領域權威期刊《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)。

實驗表征和理論計算表明：電子屬性互補的2，4，6-三甲酰間苯三酚和2，6-二氨基蒽醌通過分子內氫鍵（N−H‧‧‧O）和π−π平面堆疊自組裝形成親質子羰基聚合物，其展示出低能帶間隙、高導電性和親電子活性，有助於加快電子轉移動力學和電極氧化還原速率。

電化學研究表明：親質子羰基聚合物用於水系鋅-有機電池正極材料時，表現出高比容量（359 mAh g⁻¹@1 A g⁻¹）、高倍率性能（196 mAh g⁻¹@100 A g⁻¹）和卓越循環壽命（60,000次充放電後容量保持率為83.3%）。

異位光譜研究表明：高度穩定的網狀親質子羰基聚合物能有效抑製活性官能團溶解，充分暴露親質子羰基電活性中心，引發高度可逆的氧化還原反應。

分子動力學模擬研究表明：得益於低活化能(0.13 vs. 0.29 eV)，羰基活性基團與高動力學H⁺優先配位，從而克服Zn²⁺因高去溶劑化能壘而導致的緩慢界面電荷轉移，有效降低了電荷傳輸能壘，實現了穩定快速的五質子存儲。

理論計算驗證了親質子羰基聚合物中羰基位點與質子存在強相互作用，穩定的H⁺配位促進電極/電解質界面電荷累積，顯著提高了質子存儲容量。這項工作對於在碳基化合物中激發優異的質子活性以構建先進的鋅-有機電池具有重要意義。

化學科學與工程學院劉明賢教授為論文通訊作者，博士後張葉慧為論文第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金委、上海市科委和中國博士後科學基金會資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423936