支春义/李玉良/邱介山Angew：稳定界面pH，对称Zn电池寿命提高116倍！

具有良好安全性、低成本和环境兼容性的水系锌离子电池 (ZIBs) 在大规模储能和可穿戴柔性设备方面表现出巨大潜力。枝晶问题和Zn负极的副反应（如腐蚀和析氢）导致循环性能差，阻碍其进一步发展。通过调整锌离子通量调节锌枝晶得到了深入研究，pH值变化严重影响枝晶形成，但其重要性尚未揭示。

在此，香港城市大学支春义教授、中科院化学所李玉良院士及北京化工大学邱介山教授等人首次揭示了锌负极-电解液界面的pH值变化，构建了一个N-改性的石墨二炔（NGDY）界面，通过调节水合锌离子的去溶剂化来稳定pH并抑制Zn枝晶生长。

作者通过Operando pH检测监测了锌负极的表观pH变化（3.94~5.53），揭示了NGDY对pH的稳定作用（3.94~4.22）。此外，形貌和成分表征证实了构建的NGDY界面消除了Zn枝晶和ZHS（Zn_xSO_y(OH)_z·nH₂O）。

图1. 界面pH变化和NGDY界面的稳定性

通过去溶剂化活化能和成核极化分析，作者发现pH稳定和枝晶抑制应归因于 NGDY加速去溶剂化，其中N原子作为受体从Zn²⁺配位的水分子中捕获电子，削弱了Zn²⁺与水分子之间的配位并促进去除水分子。

因此，电子可以直接从导电基底转移到Zn²⁺，避免了O-H键的弱化从而稳定了界面pH值。基于NGDY界面，对称Zn//Zn电池的寿命提高了116倍，Zn//V₆O₁₃电池在严格条件下（20.65 mA cm^-2和1.07 mAh cm^-2）表现出良好的循环稳定性。这项工作突出了水系储能系统中界面pH值的重要性，并提出了一种解决水系锌离子电池中枝晶问题的新方法。

图2. NGDY界面增强了Zn沉积稳定性和库伦效率

Stabilizing Interface pH by N-Modified Graphdiyne for Dendrite-Free and High-Rate Aqueous Zn-ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202112304

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支春义/李玉良/邱介山Angew：稳定界面pH，对称Zn电池寿命提高116倍！

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