近年来，水系铵离子电池凭借NH4+载体低摩尔质量、小水合离子半径、快速离子迁移动力学、原料无重金属、高安全低成本等优势，在大规模储能领域展现出巨大应用潜力，可规避锂基、锌基电池资源稀缺、金属枝晶、金属溶出等固有缺陷。当前水系铵离子电池正极体系已得到广泛研究，但高性能负极材料体系十分匮乏，极大限制全电池能量密度与循环寿命提升。在水系电解液体系中，传统有机小分子储铵电极依靠 C=O、C=N 位点可逆结合铵根离子，但分子共轭程度弱，充放电过程极易在电解液中溶解流失，引发穿梭效应，造成容量快速衰减。同时，该类材料传统制备采用溶剂热工艺，单次反应耗时长达72 h，全程需要惰性气氛保护，提纯步骤繁琐，无法实现克级规模化制备。此外，普通小分子带隙宽、电子传导阻力大，单分子可参与氧化还原的电子数量少，活性位点利用率偏低，储铵反应活化能高，倍率动力学性能较差。这些缺陷严重制约有机小分子负极在水系铵离子电池中的实用化推广。

 鉴于此，学院郭文、包福喜提出一种新型多π共轭有机小分子 DNQP负极材料，采用微波辅助一步缩合合成策略构建富含C=O/C=N 氧化还原活性位点的大平面共轭骨架。高度离域的 π 电子骨架带来强分子间 π-π 堆叠作用，从分子层面抑制电解液溶解；分子内多重 N–H⋯O、N–H⋯N 氢键位点可稳定螯合固定NH4+，同时窄带隙分子结构大幅降低电荷传输阻力。多重表征与 DFT 理论计算证实 DNQP 拥有1.053 eV窄带隙，C=O、C=N 位点富集负静电势，氢键协同作用可显著降低储铵反应活化能至9.45 kJ mol-1。电化学测试结果显示，DNQP 可实现四电子可逆储铵，在0.1 A g-1电流密度下放电比容量可达155.9 mAh g-1，氧化还原活性位点利用率 79%；在5 A g-1超高电流下可稳定循环12000 圈，几乎无容量衰减，库仑效率接近 100%。将 DNQP负极与α-MnO2正极匹配组装 DNQP//α-MnO2水系铵离子扣式全电池，在 0.1 A g-1条件下可稳定循环 2000 次，容量保持率高达99%，串联电池组可直接点亮 LED 灯，充分验证实际储能应用潜力。依托原位Raman、非原位 FT-IR、XPS、EQCM谱学表征结合DFT模拟，完整阐明两步可逆四电子螯合配位储铵机理，充放电全过程分子骨架高度可逆，无不可逆副反应发生。

 相关成果以“Rational Molecular Design of a Multi-Electron Organic Anode via Rapid Microwave Synthesis for Ultrastable NH4+ Storage（DOI: 10.1002/anie.1957487）”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition（中科院一区TOP期刊，IF = 17.6）》。论文第一作者为石河子大学化学化工学院研究生刘红梅，通讯作者为郭文副教授和包福喜副教授。

 （图文：包福喜；初审：张海洋；复审：刘平；终审：徐炜杰）