近年來(lái)，鋅離子水電池研究已成為電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的一個(gè)學(xué)術(shù)熱點(diǎn)。金屬鋅具有成本低廉、安全性高、環(huán)境友好與能量密度高（820 mAh g-1 的高理論容量、5822 mAh cm-3 的高體積能量密度）等優(yōu)點(diǎn)。然而，在電池循環(huán)過(guò)程中，鋅電極上枝晶的不可控生長(zhǎng)對(duì)其應(yīng)用構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們探索了各種界面策略，并著重于構(gòu)建具有保護(hù)性和親鋅性的界面。許多界面策略都依賴(lài)于如金、錫、銻、銅和石墨烯這樣額外的外部材料。盡管使用這些外部材料可以獲得不錯(cuò)的性能，但不可避免地會(huì)產(chǎn)生額外的原材料成本與技術(shù)成本，這在一定程度上限制了它們的廣泛應(yīng)用。此外，用這些外部材料構(gòu)建界面通常涉及復(fù)雜的加工步驟，由此產(chǎn)生的鋅電極與所構(gòu)建表面之間的結(jié)構(gòu)和成分異質(zhì)性會(huì)影響界面穩(wěn)定性。因此，設(shè)計(jì)一種無(wú)需額外添加物，并且操作簡(jiǎn)便的方案來(lái)構(gòu)造表面保護(hù)層是極具吸引力的。

基于此，我校化材學(xué)院王舜教授和袁一斐教授研究團(tuán)隊(duì)提出一種全新的界面改性策略，即通過(guò)直接對(duì)購(gòu)買(mǎi)來(lái)的鋅箔（保留表面氧化層）進(jìn)行加熱處理，以此激活鋅箔內(nèi)部的銅原子，并使其向表面擴(kuò)散，最終成功在鋅箔表面制備出富銅保護(hù)層。團(tuán)隊(duì)成員利用先進(jìn)的3D原位光學(xué)顯微鏡分析，發(fā)現(xiàn)在所構(gòu)造的富銅層影響下，電極表面的電沉積鋅過(guò)程是致密、均勻且無(wú)枝晶生成的。并且，借助激光共聚焦光學(xué)顯微鏡、晶體學(xué)建模以及理論計(jì)算結(jié)果，揭示了在新構(gòu)建的富銅表面上發(fā)生的是具有(101)取向的鋅電沉積過(guò)程，這與傳統(tǒng)報(bào)道的(002)取向電沉積機(jī)制形成鮮明對(duì)比。此外，電化學(xué)測(cè)試進(jìn)一步表明，改性后的鋅負(fù)極性能得到顯著提升。

本工作利用了鋅箔內(nèi)部存在的少量銅雜質(zhì)，通過(guò)對(duì)商業(yè)鋅箔（保留表面氧化層）進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱處理，在鋅箔表面構(gòu)造了能夠抑制鋅枝晶生長(zhǎng)，并誘導(dǎo)電沉積鋅沿著Zn-（101）晶面生長(zhǎng)的富銅保護(hù)層。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的原位光學(xué)電池進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，實(shí)現(xiàn)了基于鋅電極“頂視角”的鋅沉積原位觀(guān)測(cè)。相較于傳統(tǒng)的原位觀(guān)測(cè)模式（側(cè)視角），這種“頂視角”模式下的觀(guān)測(cè)不僅范圍更大，并且能清晰地探究鋅電極表面的電沉積鋅機(jī)制。

相關(guān)研究成果以“‘Pumping’ Trace Cu Impurity out of Zn Foil for Sustainable Aqueous Battery Interface”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》。我校為第一通訊單位，我?；膶W(xué)院碩士研究生鐘銳、浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生王盛博為共同第一作者，我?；膶W(xué)院袁一斐、王舜、何坤教授，浙江工業(yè)大學(xué)王垚教授為共同通訊作者。

本研究得到了以下項(xiàng)目的資助：浙江省自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：LR23E020001）、國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：52372221、52202285、52331009、52472239）、WenZhou-2024R3001、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（項(xiàng)目編號(hào)：2023B1515120095）。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202420166