北化工王峰教授/牛津副教授团队Advanced Science观点：含硫两性分子改性金属锌负极

第一作者：宋威豪，刘嘉星

通讯作者：王峰*，牛津*，李志林*

单位：北京化工大学

水系锌金属电池因其生态友好、容量较高、安全性好而受到越来越多的关注。金属锌具有电势低(−0.76 V vs SHE)、比容量高(820 mA h g⁻¹或5855 mA h cm⁻³)、与水反应活性低等优点，因而通常用于水系锌金属电池的构建。然而，锌负极仍存在一些严重的问题，阻碍了它们的实际应用。

近日，北京化工大学王峰教授/牛津副教授团队在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Insight into Sulfur‐Containing Zwitter‐Molecule Boosting Zn Anode: from Electrolytes to Electrodes”的研究文章。该工作采用一种含硫的两性分子（甲硫氨酸，Met）作为添加剂，有效改善了硫酸锌电解液，显著提升了金属锌负极的性能，详细研究并揭示了Met从电解液到电极所发挥的不同作用。

该工作通过详细的实验分析和理论计算，揭示了Met从电解液到电极所发挥的不同作用：在电解液中，Met不仅能通过羧基（─COOH）降低锌离子溶剂化结构中H₂O分子的配位数，还能通过氨基（─NH₂）和硫醚键（C─S─C）促进去溶剂化过程，从而增强Zn²⁺的传输并抑制HER。在锌负极上，Met中的硫醚（C─S─C）被电化学氧化成亚砜或砜（C─SOx─C），进而被优先吸附在Zn(002)晶面上，形成亲锌的梯度保护层，抑制腐蚀反应并引导锌的均匀沉积。基于此，改性后的电解液实现了优异的半电池和全电池性能，对称电池在2 mA cm^-2/1 mA h cm^-2的条件下能够稳定运行3750小时，即使在30 mA cm^-2/30 mA h cm^-2的极端条件下也能够稳定运行110小时；组装的全电池在低N/P比条件下表现出105.30 W h kg^-1的高能量密度和良好的循环性能。

总之，该工作将Met用作水系锌金属电池的电解液添加剂，详细研究并揭示了Met从电解液到电极所发挥的不同作用。即使在极端测试条件下，含Met的电解液也能赋予半电池和全电池良好的性能，这项工作不仅为含硫两性分子在锌负极表面的改性机理提供了新的见解，也为开发实用型水系锌金属电池的开发提供了新策略。

Insight into Sulfur‐Containing Zwitter‐Molecule Boosting Zn Anode: from Electrolytes to Electrodes

王峰，教授，博士生导师，英国皇家化学会会士，2003年毕业于日本东京都立大学工学获工学博士学位，2003年至2006年在日本国立信州大学完成博士后研究。现任北京化工大学副校长、材料电化学过程与技术北京市重点实验室主任，兼任北京表面工程学会第八届理事会副理事长、中国化学会能源化学专业委员会委员、教育部科技委材料学部委员。主要从事电催化材料、电化学储能材料、纳米炭材料以及应用电化学工程等领域的研究。2007年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2011年获得国家杰出青年科学基金资助。先后承担了国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划项目、国家863计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金区域联合基金重点支持项目、北京市科技计划项目以及企业委托项目等10余项科研项目，在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Nano Energy, ACS Catal., Energy Storage Mater. 等国际期刊上发表SCI学术论文共200余篇，编写英文专著1部，获国家发明专利授权50余件、欧洲和日本发明专利授权各1件，获省部级科技奖励一等奖和二等奖各1项。

牛津，副教授，硕士生导师，2018年毕业于北京化工大学材料科学与工程专业，获工学博士学位（导师王峰教授），2017-2018年在美国麻省理工学院访问交流（导师Kong Jing教授），2019-2020年在日本东京都立大学进行博士后研究工作（合作导师Kiyoshi Kanamura教授）。主要从事电化学储能材料及应用研究，近年来以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Energy Storage Mater., J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J.，等期刊发表论文30余篇，其中IF>15的12篇，IF>10的21篇，ESI高被引论文3篇，封面封底论文4篇。编写英文专著1部，申请国家发明专利16项，授权7项。担任英文期刊eScience、Battery Energy、Energy Materials and Devices、Advanced Powder Materials、Tungsten等期刊青年编委，担任Molecules杂志专刊客座编辑。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、中央高校基本科研业务费基地项目、北京化工大学青年优秀后备人才项目和企业委托项目等6项。

宋威豪，男，北京化工大学博士研究生

刘嘉星，男，北京化工大学硕士研究生