​陆盈盈/黄靖云/叶志镇AFM：协同增强离子迁移和调节表面能实现高可逆锌金属负极

锌金属负极存在不可控的枝晶形成和复杂的寄生反应，极大地阻碍了水系锌金属电池（AZMBs）的商业化进程。

浙江大学陆盈盈、黄靖云、叶志镇等提出了促进Zn²⁺迁移动力学和调节表面能量的协同策略，以实现无枝晶的锌沉积，并通过用具有富含磺酸酯（-SO₃H）共价拴纳米通道（SCOFs）的多功能共价有机框架覆盖Zn负极来抑制自腐蚀。

图1. 材料设计及表征

SCOFs是采用1,3,5-三甲酚（TFP）和2,5-二氨基苯磺酸（DABS）构建的。作为一种富含磺酸基的多孔材料，SCOFs在通过提高锌离子转移动力学和调节表面能来实现高可逆AZMBS方面显示出了一些优势。

首先，SCOFs丰富的固有微孔作为离子传输纳米通道，有利于Zn²⁺的迁移。

第二，SCOFs中的电负性-SO₃H基团作为离子马达，从水合物种（[Zn(H2O)₆]²⁺）中提取Zn²⁺，并进一步加快扩散的Zn²⁺的运输，使Zn²⁺的流量分布均匀化，减少浓度极化。

第三，SCOFs和底层Zn基底之间的亲锌性相互作用，大大降低了Zn（002）晶面的表面能，从而在随后的沉积生长过程中诱发了Zn沉积物沿（002）晶面的优先取向。

图2. 半电池性能

由于SCOFs层在增强Zn²⁺转移动力学和调控表面能方面的这些协同作用，SCOFs@Zn在5 mA cm^-2、1 mAh cm^-2条件下表现出极其稳定的超长循环寿命，超过4000小时，在5 mA cm^-2、2 mAh cm^-2条件下表现出3000小时。

在应用方面，SCOFs@Zn负极与二氧化锰正极（面积负载为3.0 mg cm^-2）匹配后，表现出在1000次循环的显著增强循环性。总之这项工作引入了一条通过协同管理离子迁移动力学和调节表面能来促进高性能AZMBs的途径。

图3. 全电池性能

Highly Reversible Zn Metal Anodes Realized by Synergistically Enhancing Ion Migration Kinetics and Regulating Surface Energy. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209028