Angew.：有机单晶中反应耦合的一维格罗图斯离子传输机制

背景：在碳中和背景下，传统无机电极材料面临可持续性挑战，资源丰富的有机材料成为有潜力的替代品。然而，有机电极的本征导电性差与高倍率性能之间的矛盾机制尚不明确，且离子嵌入反应引发的动力学问题需要深入探究。研究目的：本研究旨在通过开发原位光学电化学表征方法，可视化锂离子和钠离子在苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）有机单晶中的动态扩散过程，揭示其离子传输机制和高倍率性能的内在原因。结论：研究发现离子扩散遵循反应耦合的一维格罗图斯机制，具有强晶面依赖性，仅沿[100]晶向的π-π堆叠方向迁移，本征扩散系数达10⁻¹¹ cm²・s⁻¹量级。锂化过程中形成的自由基“导电链”使电导率提升十个数量级，这是实现高倍率性能的关键。PTCDA单晶在锂离子和钠离子电池中均表现出优异的高倍率性能和循环稳定性，为理解有机电极动力学和开发高性能电池提供了新途径。