​乔世璋ACS Nano：通过抗催化界面抑制析氢制备高效水系锌离子电池

由于水性电解质的安全性和可负担性，水系锌离子电池具有大规模储能的实际前景；此外，通过直接使用锌金属作为负极，制造工艺显著简化。然而，由于近表面的水解离而产生的氢析出阻碍了它们的大规模应用。

在此，阿德莱德大学乔世璋团队报告了通过CuN₃配位石墨碳氮化物（CuN₃–C₃N₄）反催化界面抑制析氢反应，以实现高效的水性锌离子电池。

图1. 原位监测HER和HER与Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成之间的关联性

基于原位气相色谱和基于原位同步加速器的X射线衍射光谱，作者证明了析氢反应触发了Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成。原位红外光谱和密度泛函理论模拟的结合已证明稳定近表面H₃O⁺物种，并通过反催化界面调节H*中间体的吸附，以抑制析氢反应。

因此，抗催化界面极大地提高了镀锌/剥离的库仑效率，使其在5500次循环中达到~99.7%，并且在1 mA cm^–2和1 mAh cm^–2下的循环可逆性超过1300小时。

在具有抗催化界面的情况下，整个电池在1C的400次循环中显示出98.3%的优异库仑效率。这些发现为高效水性锌离子电池的目标设计提供了战略见解。

图2. 具有反催化界面的锌阳极的电化学性能

Suppressing Hydrogen Evolution via Anticatalytic Interfaces toward Highly Efficient Aqueous Zn-Ion Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.2c12587