湖南工业大学朱裔荣&中国科学院深研院彭超AFM：空位工程构建MnSe正极实现快速和稳定的锌离子存储

第一作者：钟文平，赵睿

通讯作者：朱裔荣*，彭超*

单位：湖南工业大学，中国科学院深圳先进技术研究院

近年来，水系锌离子电池/电容器（AZIBs/AZICs）因其卓越的安全性、低廉的成本、丰富的资源以及出色的电化学性能，赢得了广泛的关注。其中，硒化锰（MnSe）作为一种新型的锰基正极材料，凭借其较低的阻抗、卓越的动力学特性以及出色的电化学活性，被视为一种极具潜力的锌基储能正极材料。但遗憾的是，MnSe正极的容量和倍率性能仍不尽如人意且其储能机理尚存在争议。因此，提升MnSe材料的电化学性能并探索其在AZIBs中的储能机理，对于其未来应用和发展具有重要的意义。

鉴于此，湖南工业大学朱裔荣教授和中国科学院深圳先进技术研究院彭超副研究员等人采用水热法和高温煅烧合成了富硒空位的MnSe微球（V_Se-MnSe），并首次作为水系锌离子电池/电容器正极材料。DFT计算和动力学分析表明，空位工程增强了MnSe的活性位点，提高了电子导电性和离子传输能力，降低了H⁺和Zn²⁺的吸附能和扩散能势垒，使其表现出显著增强的比容量、倍率性能和循环稳定性。同时，本工作通过系统的非原位表征证实了V_Se-MnSe在整个充放电过程中的稳定存在，并表现出初始H⁺嵌入和随后H⁺/Zn²⁺共嵌入的储能机理。这项工作不仅为高性能锰基硫族化合物的设计与开发提供了切实可行的策略，而且还在其储能机制方面提出了新的见解。

图1. MnSe/Se和V_Se-MnSe样品的制备流程，以及形貌表征和组成分析

图2. MnSe/Se和V_Se-MnSe样品的结构表征

图3. 锌离子电池的电化学性能测试

图4. 锌离子电池的动力学分析

图5. DFT理论分析

图6. V_Se-MnSe正极的储能机理

图7. 锌离子电容器的电化学性能测试

Vacancy Engineering on MnSe Cathode Enables High-Rate and Stable Zinc-Ion Storage.

朱裔荣，男，博士（后），湖南工业大学教授，博士生导师，工程师，新能源材料系主任，湖南省杰出青年基金获得者，连续入选2020-2024年全球前2%顶尖科学家终身影响力榜单。2015年博士毕业于中南大学，师从国家杰青纪效波教授。主要从事超级电容器、水系电池等领域的研究。主持国家自然科学基金等10余项。以第一作者或通讯作者在Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Nano Energy, Energy Storage Materials等国内外知名SCI期刊上发表论文60余篇，其中ESI热点论文3篇，ESI高被引论文13篇，论文他引8000余次，H指数50。担任Nanomaterials客座编辑，Advanced Powder Materials、SusMat、Battery Energy、Acta Physico-Chimica Sinica、Chinese Chemical Letters、Rare Metals等期刊青年编委；担任Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Energy Storage Materials等60余个国内外知名SCI期刊的审稿人。申请及授权国家发明专利10余项。获湖南省国防科学技术进步三等奖（1/5）、株洲市科学技术进步三等奖（2/3）、湖南省优秀博士学位论文奖等。