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近日，西安交通大学在综合领域顶级期刊《National Science Review》上发表了一项重要突破。该研究通过分子工程策略，成功构建吩嗪‑酮骨架多异质氧化还原中心有机活性分子DQ‑DC，旨在开发高能量密度、长寿命水系有机液流电池负极电解液。
该研究利用DC DSR数字型旋转圆盘圆环电极装置对活性分子的电化学动力学性能进行了验证，相关成果为高性能水系液流电池有机氧化还原分子的设计提供了新的思路。
共同第一作者：董震，崔志文
论文单位：西安交通大学材料科学与工程学院、北京化工大学化学工程学院、陕西煤业化工技术研究院有限责任公司等
DOI：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag423（点击文末「阅读原文」，直达链接）
核心思路
采用分子工程策略，将吡嗪、芴酮两类不同氧化还原基团稠合到同一个π‑共轭骨架，构建吩嗪‑酮类分子，把多种异质氧化还原中心整合到单一分子；依靠π 电子离域稳定自由基中间体，抑制不可逆异构，在不明显增大分子量前提下，实现多电子存储、高溶解度、高稳定性。
合成3 个对比分子：
1、DQ‑DC：双吡嗪 + 芴酮，目标实现6 电子转移；2、Q‑C：单吡嗪 + 芴酮，目标 3 电子转移；3、FL‑DC：仅芴酮结构，作为参照，实现 2 电子转移。全部引入羧基基团，提升碱性水溶液溶解度
关键仪器：DSR数字型旋转圆盘圆环电极装置
在有机液流活性分子研究中，CV 与 DPV 可定性获取氧化还原峰信号；本工作进一步借助 RDE 旋转圆盘电极（DSR）流体动力学电化学测试，定量分离传质扩散与电荷转移动力学，求解扩散系数、反应速率常数，对比不同分子的本征反应活性。本论文使用理化PHYCHEMI 的DSR数字型旋转圆盘圆环电极装置完成全部动力学测试。
DSR数字型旋转圆盘圆环电极装置优势
1.采用编码器电机控制，数字技术，转速更精确，更稳定
2.采用环保型银碳刷接触连接
3.⼀体式控制，操作更灵活、流量连接设置有着更大的便利性、美观性
4.即时、完善的服务售后，更适合中国实验室操作习惯
核心研究结果
1. 分子电化学：DQ‑DC 实现四步可逆6 电子质子耦合电子转移；扩散系数优于传统钒电解液、蒽醌、紫精等经典有机液流分子；碱性溶解度达0.57 M。
2. 电池性能：0.5 M 高浓度DQ‑DC 负极，实现79.3 Ah・L⁻¹ 体积容量；50 mA・cm⁻² 下稳定运行700 圈；0.1 M 体系30 mA・cm⁻² 长循环3500 圈（198.5 天），容量保持92%。
3. 理论机理：DFT 计算表明吡嗪环稠合增强分子π 电子离域，提升芳香性、削弱芴酮母核反芳香性，稳定自由基中间体，抑制分子降解。
4. 特色功能：充放电过程电解液发生可逆颜色变化，可通过UV‑Vis 光谱实现定量、实时的电池SOC 荷电状态监测。
总结
该工作设计了吩嗪‑酮型 DQ‑DC 有机分子，实现可逆六电子转移。借助 DSR 旋转圆盘电极证实其良好动力学性能，组装的水系液流电池兼具高容量与长循环稳定性，分子还可变色用于 SOC 可视化检测，为高性能有机液流电池分子设计提供新思路。
