张文军教授、洪果教授、黄渤龙教授，AEM 最新研究进展：多功能纳米金刚石涂层实现高度可逆锌金属负极

第一作者：刘开

通讯作者：张文军*，洪果*，黄渤龙*

单位：香港城市大学，香港理工大学

由于环境友好、高安全性和成本低廉优势，水系锌离子电池引起了人们广泛关注。然而，它们的实际应用受到多种挑战的限制，包括锌枝晶生长，缓慢的沉积动力学，以及伴随的析氢反应(HER)。这些因素限制了锌金属负极的进一步利用，并导致锌金属负极在水溶液中展现较差的电化学稳定性。通过在锌负极表面构建功能性涂层可以有效延长锌负极循环寿命。然而，设计具有高电化学稳定窗口、高硬度、和具备超高密度锌成核位点的多功能保护涂层仍然面临挑战。

近日，来自香港城市大学的张文军教授、洪果教授与香港理工大学的黄渤龙教授合作，在 Adv. Energy Mater.上发表题为“Multifunctional Nanodiamond Interfacial Layer for Ultra-Stable Zinc-Metal Anodes”的研究成果。本研究设计并制备了一种多功能纳米金刚石保护涂层，该涂层显著抑制了锌枝晶的生长和析氢反应，在水系锌离子电池中展现出优异的的循环稳定性。

该研究中所使用的纳米金刚石的尺寸分布在5~10纳米。通过计算，纳米金刚石颗粒可以为锌离子沉积提供高达10¹² cm^-2的成核密度，从而有效均匀化电场分布和锌离子流，最终实现无枝晶的锌沉积。

理论计算表明，纳米金刚石涂层具有超高表面能。该高表面能纳米金刚石涂层优先吸附锌离子，且有效降低了锌离子的扩散能垒，从而实现均匀、平整的锌沉积。

纳米金刚石涂层不仅通过物理屏蔽作用阻碍电解液和锌负极接触，同时对水的吸附作用有效降低锌腐蚀程度。

“Multifunctional Nanodiamond Interfacial Layer for Ultra-Stable Zinc-Metal Anodes”

张文军教授简介：于1994 年于兰州大学获得博士学位，现任职香港城市大学材料科学与工程系讲座教授，超金刚石及先进薄膜研究中心（COSDAF）主任，香港城市大学工学院副院长。其研究方向涉及金刚石及相关材料的制备与应用﹑纳米材料与器件﹑表面与界面分析等，在 Science、Chemical Society Reviews、Nature Communications、Advanced Materials、Angewandte Chemie 等国际期刊上发表论文400余篇。

洪果教授简介：洪果教授于2011年在北京大学获得博士学位，先后在香港城市大学（2011-2013），瑞士苏黎世联邦理工学院（2013-2016）从事博士后研究工作，2017-2022任澳门大学助理教授和澳门物理学会副理事长，并将于2023年1月任职香港城市大学材料系。洪果教授的研究领域主要包括二次电池（锌/钾/锂离子电池）、柔性器件、热管理以及低维纳米材料等，获批科研经费1000余万港币，发表学术论文90余篇，申请发明专利15项。近两年内（2021-2022），洪果教授课题组的研究取得重大进展，发表学术论文40余篇，包括Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Letters, ACS Energy Letters, InfoMat, Energy Storage Materials, Nano Energy, Advanced Science等。

黄渤龙教授简介：2007年毕业于北京大学物理系，同年前往剑桥大学从事材料理论研究，并于2012年获得博士学位。2012-2015年，黄勃龙教授于北京大学跟随严纯华院士并在其指导下开展博士后研究, 后赴香港城市大学和香港理工大学继续博士后的相关研究，并于2015年入职香港理工大学，目前担任应用生物及化学科技学系副教授与碳战略催化研究中心主任。黄勃龙教授的研究方向主要为纳米材料、能源材料、固体功能材料和稀土材料的电子态性质，以及在能源材料纳米表界面、多尺度下的能源转换应用等。目前黄勃龙教授共发表SCI论文298篇，包括Nature，Science，Energy Environ. Sci.，J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.等国内外顶级杂志，H-index为75，文章引用次数超过19000次, 并多次被选为封面推荐文章。

黄勃龙教授被评为2022、2023年科睿唯安高被引学者，2022、2023年斯坦福大学评选的全球Top2%高被引学者等。此外，还担任《Battery Energy》、《Frontiers in Chemistry》副主编，《JACS Au》、《Nano Research》、《中国稀土学报》、《稀有金属》、《稀土》的青年编辑或编委，30余次受邀在国内国际重要学术会议上做邀请报告，其中包括2019美国材料年会等，并为多个高影响力期刊如Nat. Phys.,Nat. Commun., Joule, Matter, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Catal., Nano Energy, Energy Environ. Sci.等担任特邀审稿人。