近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在水系锌金属电池方面取得重要阶段性进展，相关成果以“Boosting Interfacial Zn²⁺ Desolvation Kinetics by a π-Electron-Rich Janus Catalyst for Robust Zn Metal Batteries”为题发表于能源材料领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》期刊（影响因子32.4，中科院一区）。

水系锌电具有本质安全、资源丰富、环境友好、理论容量高等特点，是大规模储能的理想选择。然而，水系锌电仍然面临着锌金属阳极的循环稳定性和可逆性差、副反应剧烈和枝晶生长的挑战。上述挑战与Zn²⁺的溶剂化结构（[Zn(H₂O)₆]²⁺）有着复杂的关系。研究表明，配位的H₂O分子更容易引发不确定的副反应，以及引发枝晶生长。因此，对于锌负极表面的Zn²⁺的溶剂化结构进行热力学与动力学调控是解决这一问题的关键。有别于电解液添加剂方案，锌负极表面构筑功能保护层是一项关注锌负极表面溶剂化结构调控的有效策略，已被广泛报道。然而，虽然已有报道称人工功能层可以在一定程度上促进Zn²⁺的脱溶，但从电子结构角度理解脱溶过程的驱动力尚处于起步阶段，界面溶剂化结构的动态变化与功能层电子结构之间的相关性有待进一步研究。

基于此，本文提出界面催化去溶剂化策略，合成了具有丰富高活性π-电子结构的共价有机聚合物作为研究模板，用于锌负极表面功能化涂层。结果表明，高活性π-电子可以平衡电荷，引发Janus反应，协同调节Zn²⁺的脱溶和沉积过程（图1）。具体而言，π-电子可通过C=O/C=N构型的邻位点与[Zn(H₂O)₆]²⁺配合物的邻位协同反应引发[Zn(H₂O)₆]²⁺配合物的解离。先进原位表征和理论计算同时捕捉和证明了界面催化[Zn(H₂O)₆]²⁺配合物解离的过程，证明高活性π电子可以有效降低去溶剂化能垒，保障了全电池可以稳定运行28000个循环，依旧保持74.8%的容量。这种设计高效界面催化剂以加快脱溶动力学的概念为高可逆和稳定的水系锌金属电池开辟了新的途径。

我院左银泽副教授为该论文的第一作者，通讯作者为福州大学刘明权副教授、颜蔚研究员、张久俊院士。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。获得国家自然科学基金青年项目、外国资深学者研究基金、福州大学引进人才科研启动基金以及贵重仪器设备开放测试基金支持。

文章信息: Yinze Zuo, Zheng Wang, Mingquan Liu*, Linlong Lu, Yidong Jiang, Jie Lei, Hao Yan, Hongwei Li, Wei Yan*, Jiujun Zhang*, Energy Environ. Sci. 2025, Accepted Manuscript.

文章链接：https://doi.org/10.1039/D5EE01472G