有机材料因资源可持续、结构多样和功能可调等优势，被视为钙离子电池（CIBs）极具前景的负极材料。目前，有机负极通常依赖扩展共轭结构承载高密度氧化还原活性位点以提升容量。然而，该设计往往会降低分子前线分子轨道能量，使氧化还原电位偏高（>−0.6 V），导致电池电压和能量密度降低。因此，亟需开发低电位、高活性有机负极材料，以进一步提升CIBs性能。

化学科学与工程学院刘明贤教授团队长期致力于高效储能材料研究并应用于新能源电池，课题组近期提出电负性工程策略，通过递减电负性（S−S>Se−Se>Te−Te），二苯基硫族化合物（Ph-2S、Ph-2Se、Ph-2Te）的分子轨道能级逐渐升高，赋予Ph-2Te负极最低的氧化还原电位，同时促进Te−Te键四电子高效转化，有效解决了当前有机负极高氧化还原电位的问题，构建了高电压、高能量密度和长寿命的CIBs，相关研究成果以“Dichalcogenide Electronegativity Engineering Enables Low-Redox-Potential Organic Anodes for High-Performance Calcium-Ion Batteries”为题，发表于化学领域国际权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。

随着电负性递减（S−S>Se−Se>Te−Te），Ph-2S，Ph-2Se和Ph-2Te的最低未占分子轨道能级（LUMO）能级从−2.80 eV逐步升高至−2.50 eV和−2.00 eV。此外，与Ph-2S和Ph-2Se分子相比，Ph-2Te表现出最强的分子内π-π堆积作用和最低的分子极性指数，在水系电解液中展示出优异的结构稳定性。

随着LUMO逐步升高，Ph-2S、Ph-2Se、Ph-2Te负极的氧化还原电位依次降低至−0.76、−0.82和−0.84 V；同时，Ph-2Te负极实现了98%的四电子Te−Te转化效率，容量为257 mAh g⁻¹，优于Ph-2S（31%/152 mAh g⁻¹）和Ph-2Se（65%/223 mAh g⁻¹）。

异位光谱揭示了Ph-2Te负极电荷存储机制：放电时，Ph-2Te发生四电子转化反应，Te−Te键断裂，生成两个Ph-Te²⁻阴离子后与Ca²⁺配位形成CaTe；充电时，CaTe被氧化，Te−Te键重新形成并恢复原始的Ph-2Te结构，展示出高电化学可逆性。

与KCoFe(CN)₆正极匹配组装的全电池（Ph-2Te||KCoFe(CN)₆）展示出1.2 V平均放电电压，基于正负极总活性物质质量实现68 Wh kg⁻¹的能量密度，并在2 Ag⁻¹下循环5000次后容量保持率约93.3%。这项研究工作为通过硫族化合物电负性工程设计低电位有机负极材料提供了新的视角。

博士后杜文燕为论文第一作者，宋子洋特聘研究员和刘明贤教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.5837924