该研究工作得到了国家自然科学基金项目和上海市自然科学基金项目的支持。刘明贤教授为论文通讯作者，博士后宋子洋为论文第一作者。法国斯特拉斯堡大学Laurent Ruhlmann教授、课题组朱大章教授、李良春教授和甘礼华教授参与了相关研究工作。

水系锌离子电池由于采用具有理论比容量高、环境友好和资源丰富等优势的锌金属阳极以及安全性好的水系电解液，是近年来备受关注、极具竞争力的储能器件之一。锌-有机电池基于有机阴极的活性基团与电解液离子的可逆氧化还原反应实现储能，其活性官能团主要包括羰基、氰基、亚胺和氮自由基。然而，由于这些基团电活性不足且易溶解于电解液中，致使器件面临比容量不高和循环寿命不足两大挑战。因此，亟需开发新型高活性有机阴极材料，以进一步提升器件的储能性能。研究团队报道了高活性二硝基苯分子作为锌-有机电池阴极材料，揭示了硝基芳烃阴极中阴离子共嵌插电荷存储机制，实现了硝基活性位点的高效利用和低反应能垒的快速氧化还原速率，赋予水系锌-有机电池高比容量和长循环寿命。

理论计算和实验结果表明，硝基在苯环上的组分异构效应是导致硝基芳烃化合物电子结构、能带间隙和氧化还原活性差异的主要原因。得益于对称和稳定的分子结构，对二硝基苯（p-DB）展示出更高的亲锌活性和更高的还原电位，有助于加快电子转移和提高氧化还原动力学。

异位光谱研究表明：i）硝基官能团作为电活性中心引发了高度可逆的氧化还原反应；ii）基于锌离子与硝基氧（去）配位，硝基芳烃阴极经历了两步连续的电荷存储过程。紫外光谱和RDG模拟揭示了硝基芳烃分子与碳载体的弱π–π相互作用，赋予硝基芳烃@碳复合阴极优异的结构稳定性和反应动力学。

分子动力学模拟和拉曼光谱研究表明，OTF−阴离子参与了Zn2+的溶剂化过程，两者以Zn(OTF)+形式与硝基发生氧化还原反应实现储能。独特的阴离子共嵌插机制避免了相邻硝基芳烃分子结构重排以平衡Zn2+，有效降低了离子的扩散迁移势垒，提高了电池的倍率性能和循环稳定性。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202208821