黄富强教授、毕辉研究员、万冬云教授，AFM观点：构建亲锌碲界面层实现快速锌沉积动力学

第一作者：陈荆竹，刘宁，赵思危

通讯作者：万冬云*，毕辉*，黄富强*

单位：中国科学院上海硅酸盐研究所

水系锌离子电池具有固有的安全性和低成本的特点。锌金属具有许多优点，包括丰富的储量，合适的氧化还原电位（-0.76 V vs SHE），令人印象深刻的理论容量（5855 mAh cm⁻³；820 mAh g⁻¹），以及广泛的可用性。但是腐蚀、析氢和枝晶的形成严重影响锌负极，极大地限制了水系锌离子电池的实际应用。本篇观点展示了如果选取和构建界面层来优化锌负极，并着重研究了界面改性策略调控锌沉积的机理。本文为锌负极界面优化的研究提供了指导，有助于加速水系锌离子电池的研究及实际应用。

近日，上海交通大学黄富强教授、中国科学院上海硅酸盐研究所毕辉研究员与万冬云教授合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Zincophilic Tellurium Interface Layer Enables Fast Kinetics for Ultralow Overpotential and Highly Reversible Zinc Anode”的观点文章。该观点文章提出了通过构建亲锌碲界面层实现快速锌沉积动力学，从而优化锌负极，并通过理论计算和实验表征验证了该策略的可行性。

有效的锌负极人工界面层必须具有大量的Zn²⁺迁移数，高离子电导率和低电子电导率。该篇观点结合欧姆阻抗，与Zn亲和力以及抑制HER能力，设计构建了亲锌碲界面层。高功函数差驱动电子从Zn向Te迁移，最终形成特征欧姆接触界面。通过DFT计算揭示了亲锌Te层诱导Zn沉积的机理和原子水平上的HER抑制作用。亲锌Te层为Zn²⁺的脱溶和成核提供了充足的位点，均匀了Zn²⁺的扩散行为并调节了Zn²⁺的沉积行为，从而有望解决锌负极的挑战。

通过Comsol有限元模拟验证了亲锌Te层能够均匀界面电场、锌离子分布和电极电流密度，从而实现对锌枝晶生长和HER的抑制。进一步地，通过原位光学显微镜、SEM等直观的观测了锌沉积的形貌变化，并结合各种电化学表征验证了亲锌Te层对于锌离子扩散和成核的调控，以及对HER的抑制作用。

Te@Zn负极在1.0 mA cm^-2和1.0 mAh cm^-2时表现出14.8 mV的超低过电位，在0.2 mA cm^-2和0.2 mAh cm^-2时保持超稳定运行超过3600小时。Te@Zn||KVOH全电池在5.0 A g⁻¹下循环1500次后具有95.2%的超高容量保持率，Te@Zn||KVOH软包电池具有35 mAh的高放电容量。这种抑制锌枝晶和副反应的界面改性策略为水系锌离子电池的发展提供了新的前景。

Zincophilic Tellurium Interface Layer Enables Fast Kinetics for Ultralow Overpotential and Highly Reversible Zinc Anode

黄富强教授简介：上海交通大学材料科学与工程学院讲席教授、未来材料创制中心主任，中国化学会会士、国家杰出青年科学基金获得者、中国化学会能源化学专业委员会主任、中国晶体学会陶瓷专业委员会主任。长期从事无机固体化学与新能源材料与器件研究，以通讯/第一作者在Science、Nature Mater.、Nature Energy、Nature Phys.、Nature Catal.、Nature Rev.、Science Adv.、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文超600篇，H因子超100，他引超40000次，入选全球高被引科学家榜单；获授权发明专利140余项（国外15项）。主持科技委重点项目、国家重点研发计划、科技部973和863项目、国家杰出青年科学基金、基金委重大研究计划以及产业化等项目40余项。以第一完成人获得国家自然科学二等奖1项（2017年）、上海市自然科学一等奖2项（2016年和2019年）；成果入选国家“十三五”科技创新成就展、中国科协“科创中国”先导技术榜单（2020年），部分科技创新实现成果转让与产业化落地。

毕辉研究员简介：中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师，特种高功率电化学电源专家、科技委储能专家组评审专家。研究方向为：高质量石墨烯可控制备以及特种“双高”电源应用。2010年毕业于西北工业大学理学院应用化学系，获得材料学博士学位。2013年9月被聘为副研究员，硕士生导师。2020年被评为研究员，2022年被评为博士生导师。近年来主持国家自然科学基金、特种高能量高功率“双高”电源等项目。以第一或通讯作者在国际著名期刊Adv Mater.、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.等上发表50余篇论文；申请发明专利超20项，部分成果实现产业转化。成果获得国家自然科学二等奖1项（2017年）、上海市自然科学一等奖2项（2016年和2019年），入选国家“十三五”科技创新成就展、中国科协“科创中国”先导技术榜单（2020年）。

万冬云教授简介：曾任职于中国科学院、中国科学技术大学和上海大学等机构，个人H指数为30，累计发表论文91篇，论文总被引数累计4216次，主要研究方向涵盖材料学、化学、物理学与天文学、能源等领域，在Energy and Environmental Sciences、Journal of Advanced Ceramics和Advanced Functional Materials顶级期刊累计发表7次。