鈉離子電池以其突出的電化學性能，低廉的價格被認為是最具吸引力的替代鋰離子電池成為下一代可持續和大規模電化學儲能系統的產品。其中有機電極材料因其低廉的成本、環境友好、高的能量/功率密度、良好的結構設計性等優點，成為了一類頗具潛力的鈉離子電池電極材料。然而，有機電極材料的應用和發展常受到其電導率低、循環穩定性差和電解液中溶解度高等固有缺陷的限制。近年來，有關有機電極材料在鈉離子電池中的研究層出不窮，各種新機制和優異電化學性能的新材料不斷地被報道。因此，總結這一領域的研究進展，并歸納出有利于這一領域未來發展的一般性結論，具有十分重要的意義。

 

       上海大學可持續能源研究院/理學院張久俊&趙玉峰教授課題組，基于近期相關工作和已有的文獻報道，系統綜述并展望了有機電極材料在鈉離子電池中的研究進程。文章從小分子有機物到大分子有機聚合物系統地總結了鈉離子電池中電極材料的研究和開發的最新進展，文中主要從有機材料的分子結構設計/修飾、合成方法、電化學行為以及相應的電荷存儲機制等方面進行了總結。此外，文章還首次將新型的偶氮類化合物和MOF材料進行了歸納。

 

       有機小分子材料主要包括羰基化合物（C=O，酮、醌、羧酸、酸酐化合物），席夫堿和蝶啶衍生物（C=N），偶氮衍生物（N=N）三種。其中，在羰基（C=O）化合物中，醌類和酮類具有出較高的氧化還原電位；羧酸具有較低的Na+插入電壓；酸酐具有較高的比容量和長的循環壽命。基于C=N鍵的席夫堿和蝶啶衍生物具有可調的電化學活性。而作為一種新型的電極材料，基于N=N鍵的偶氮衍生物則可以通過對分子結構的設計和修飾，從而開發出高容量和高倍率的材料。對于大分子聚合物，在有機鈉離子電池（OSIB）中常見的主要有硝基自由基聚合物、導電聚合物、有機金屬聚合物、共軛微孔聚合物、共價有機框架（COF）和金屬-有機框架化合物（MOF）。其中有機自由基聚合物和有機金屬聚合物通常表現出更快的動力學性質，但其容量通常很低。而COF和MOF衍生材料具有一定的結構優勢，穩定性好，其易于調控的納米結構和形貌則可以容納更多的Na+。

 

       然而，小分子有機電極材料普遍存在溶解度高、穩定性差的缺點，而有機聚合物材料往往理論比容量低，電導率低。為了改善有機材料的電化學性能，文章分別從功能導向分子設計、微觀形貌調控和有機-無機復合材料的構建等三個方面，全面的總結和分析了有機鈉離子電池面臨的挑戰和有效的設計策略。最后還總結了鈉離子電池發展中的挑戰和前景。并指出通過分子模擬計算來探索新的電極材料、可逆活性基團、反應機理等，以及深入研究水系、柔性和全固態有機鈉離子電池將是未來非常具有潛力的研究方向。

 

       該綜述為有機材料在鈉離子電池中的實際應用提供了指導性的策略。第一作者為可持續能源研究院/上海大學理學院博士生殷秀平，通訊作者為上海大學可持續能源研究院/理學院趙玉峰教授。