近日，我院化工系硕士研究生丁洁在《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Zincophilic Sites Enriched Hydrogen-bonded Organic Framework as Multifunctional Regulating Interfacial Layers for Stable Zinc Metal Batteries”的研究论文，指导老师为吕丽萍副教授、王勇教授。
水系锌金属电池（AZMBs）具有理论容量高、环境友好、成本低、安全性高等诸多优点，被认为是极具潜力的下一代储能系统。然而，锌金属负极面临的枝晶生长和严重副反应这两大问题，阻碍了其实际应用的进程。枝晶生长问题和锌负极上严重的副反应是高度相关的，锌枝晶的生长会暴露更多表面，加速副反应，而这一过程也使锌负极变得更粗糙，从而导致更严重的枝晶问题。同时解决这些挑战对于提高AZMBs的性能和使用寿命来说十分关键。因此，设计一种既能促进均匀锌沉积又能抑制锌电极副反应的多功能涂层至关重要。
在这项研究工作中，作者利用三聚氰胺（MA）和均苯三甲酸（BTA）分子间自组装制备了一种富含亲锌位点的氢键有机框架（MA-BTA HOF）作为锌负极的多功能界面调控膜。HOF框架结构的微孔和氢键环境有助于捕获水分子，促进水合锌离子（[Zn(H2O)6]2+）脱溶剂化，有效抑制了锌负极上的副反应。MA-BTA HOF涂层还有助于形成亲电解质表面，并帮助锌暴露更多的（002）晶面，促进了Zn离子的快速传导和均匀沉积，同时减弱了副反应的发生。此外，HOF中丰富的亲锌电化学活性位点（羰基、氨基和三嗪基团）有利于Zn离子的重排、定向引导和渗透，为锌的均匀沉积提供了有利条件。同时，这一MA-BTA HOF涂层还具有较高的杨氏模量，赋予界面良好的柔韧性和稳定性，以抵御锌电化学电镀/剥离过程中的机械应力。
MA-BTA HOF涂层修饰的锌负极因此获得了高度循环稳定性，大大延长了AZMBs的工作寿命。其中，MA-BTA@Zn对称电池在4 mA cm-2条件下可循环1000小时以上，明显优于裸锌电池。MA-BTA@Zn||Cu半电池显示出高度可逆和稳定的锌剥离/电镀过程，在10 mA cm-2的电流密度下，循环次数超过1500次，平均库伦效率值达到99.5％。此外，MA-BTA@Zn||NVO全电池在1 A g-1下循环1000圈后依然具有71%的容量保持率。基于富含亲锌位点的多功能氢键有机框架材料在锌金属负极保护中的研究目前还鲜有报道，这项工作为新型有机框架材料在高稳定性锌金属电池中的应用拓宽了思路。
该论文第一作者为环化学院化工系21级硕士研究生丁洁，论文共同通讯作者为吕丽萍副教授和王勇教授，亚星221net为唯一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市创新团队的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202416271
