徐志伟教授，Small：氧空位和带隙同时调控实现高亲锂性和高机械强度的锂金属负极

第一作者：王硕

通讯作者：徐志伟*

单位：天津工业大学

具有转化反应和合金化反应机制的金属氧化物在抑制锂枝晶方面更具竞争力。这些金属氧化物在经过转化反应后又会发生合金化反应。电化学合金化反应允许锂离子扩散到电极材料中并形成合金相，避免了枝晶的形成，同时能形成更稳定的电极/电解质界面。因此，具有转化和合金化反应机制的金属氧化物实际应用中更具竞争力。然而，金属氧化物由于其固有的低电子电导率使其难以实现长循环寿命。同时，很难同时调节转化和合金化反应。

近日，来自天津工业大学徐志伟教授在国际知名期刊Small上发表题为“Oxygen Vacancy and Bandgap Simultaneous Modulation to Achieve High Lithiophilicity and Mechanical Strength of Lithium Metal Anodes”的文章。该文章对氧化锌的带隙和氧空位进行同时调控，最终得到了具有低带隙、富氧空位和高机械强度的氧化锌微米球并用作金属锂负极。这项工作为锂金属电池的实际应用提供了重要启示。

所合成的掺杂与未掺杂氧化锌在结构上高度相似。由SEM，TEM图像可以看出所合成的微米球由纳米片组成。通过能量色散光谱（EDS）元素表明Zn、O和Cu在样品中均匀弥散，这证明Cu²⁺成功掺入样品内。随着Cu含量的增加，36°附近的衍射峰向高角度移动，证明Cu²⁺部分取代了Zn²⁺。

通过红外光谱，X射线光电子能谱，价带谱，第一性原理计算分别证明了氧空位的增加和带隙的减少。通过纳米压痕证明了所制备的掺杂氧化锌有明显的力学提升。

通过超声C扫描发现铜箔电化学沉积前几乎没有可见缺陷，而沉积后，出现了可见缺陷，甚至有些缺陷出现了高强度的红色像素。对于氧化锌复合电极，虽然电化学沉积前电极中由于颗粒堆积存在少量缺陷，但与铜箔相比，沉积后锂分布更均匀，缺陷更少。通过相场模拟可以发现，由于球型结构的引入，垂直于电极方向的枝晶受到抑制。

Oxygen Vacancy and Bandgap Simultaneous Modulation to Achieve High Lithiophilicity and Mechanical Strength of Lithium Metal Anodes