由于水性電解質的安全性和可負擔性，水系鋅離子電池具有大規模儲能的實際前景；此外，通過直接使用鋅金屬作為負極，制造工藝顯著簡化。然而，由于近表面的水解離而產生的氫析出阻礙了它們的大規模應用。

在此，阿德萊德大學喬世璋團隊報告了通過CuN₃配位石墨碳氮化物（CuN₃–C₃N₄）反催化界面抑制析氫反應，以實現高效的水性鋅離子電池。

圖1. 原位監測HER和HER與Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成之間的關聯性

基于原位氣相色譜和基于原位同步加速器的X射線衍射光譜，作者證明了析氫反應觸發了Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成。原位紅外光譜和密度泛函理論模擬的結合已證明穩定近表面H₃O⁺物種，并通過反催化界面調節H*中間體的吸附，以抑制析氫反應。

因此，抗催化界面極大地提高了鍍鋅/剝離的庫侖效率，使其在5500次循環中達到~99.7%，并且在1 mA cm^–2和1 mAh cm^–2下的循環可逆性超過1300小時。

在具有抗催化界面的情況下，整個電池在1C的400次循環中顯示出98.3%的優異庫侖效率。這些發現為高效水性鋅離子電池的目標設計提供了戰略見解。

圖2. 具有反催化界面的鋅陽極的電化學性能

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