鋅金屬負(fù)極存在不可控的枝晶形成和復(fù)雜的寄生反應(yīng)，極大地阻礙了水系鋅金屬電池（AZMBs）的商業(yè)化進(jìn)程。

浙江大學(xué)陸盈盈、黃靖云、葉志鎮(zhèn)等提出了促進(jìn)Zn²⁺遷移動(dòng)力學(xué)和調(diào)節(jié)表面能量的協(xié)同策略，以實(shí)現(xiàn)無枝晶的鋅沉積，并通過用具有富含磺酸酯（-SO₃H）共價(jià)拴納米通道（SCOFs）的多功能共價(jià)有機(jī)框架覆蓋Zn負(fù)極來抑制自腐蝕。

圖1. 材料設(shè)計(jì)及表征

SCOFs是采用1,3,5-三甲酚（TFP）和2,5-二氨基苯磺酸（DABS）構(gòu)建的。作為一種富含磺酸基的多孔材料，SCOFs在通過提高鋅離子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和調(diào)節(jié)表面能來實(shí)現(xiàn)高可逆AZMBS方面顯示出了一些優(yōu)勢(shì)。

首先，SCOFs豐富的固有微孔作為離子傳輸納米通道，有利于Zn²⁺的遷移。

第二，SCOFs中的電負(fù)性-SO₃H基團(tuán)作為離子馬達(dá)，從水合物種（[Zn(H2O)₆]²⁺）中提取Zn²⁺，并進(jìn)一步加快擴(kuò)散的Zn²⁺的運(yùn)輸，使Zn²⁺的流量分布均勻化，減少濃度極化。

第三，SCOFs和底層Zn基底之間的親鋅性相互作用，大大降低了Zn（002）晶面的表面能，從而在隨后的沉積生長(zhǎng)過程中誘發(fā)了Zn沉積物沿（002）晶面的優(yōu)先取向。

圖2. 半電池性能

由于SCOFs層在增強(qiáng)Zn²⁺轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和調(diào)控表面能方面的這些協(xié)同作用，SCOFs@Zn在5 mA cm^-2、1 mAh cm^-2條件下表現(xiàn)出極其穩(wěn)定的超長(zhǎng)循環(huán)壽命，超過4000小時(shí)，在5 mA cm^-2、2 mAh cm^-2條件下表現(xiàn)出3000小時(shí)。

在應(yīng)用方面，SCOFs@Zn負(fù)極與二氧化錳正極（面積負(fù)載為3.0 mg cm^-2）匹配后，表現(xiàn)出在1000次循環(huán)的顯著增強(qiáng)循環(huán)性。總之這項(xiàng)工作引入了一條通過協(xié)同管理離子遷移動(dòng)力學(xué)和調(diào)節(jié)表面能來促進(jìn)高性能AZMBs的途徑。

圖3. 全電池性能

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