原位构建金属-有机保护层实现高稳定性锌负极

本研究针对锌负极存在的枝晶生长、副反应和析氢等问题，通过浸渍法在锌表面原位构建月桂酸锌（Zn@LA）金属-有机保护层。该疏水-亲锌界面层可阻断活性水接触、诱导Zn2+ 均匀沉积，使对称电池在5 mA cm?2 下稳定循环2000小时，Zn@LA//MnO2 全电池在1 A g?1 下容量保持率达81.8%，为锌离子电池界面工程提供新思路。

　　

随着化石能源枯竭和环保意识增强，绿色储能技术成为研究热点。尽管锂离子电池占据主导地位，但其易燃有机电解质的安全隐患不容忽视。水系锌离子电池凭借高安全性、低成本等优势崭露头角，但锌负极面临的枝晶生长、析氢反应(HER)和副反应严重制约其发展。传统解决方案如无机界面层易破裂，金属-有机框架(MOFs)合成复杂，亟需开发新型界面工程策略。

中南大学研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，提出通过浸渍法在锌表面原位构建月桂酸锌(Zn@LA)保护层。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试表征界面性质，结合电化学阻抗谱(EAS)和恒流循环评估性能，并通过密度泛函理论(DFT)计算揭示作用机制。

界面性质与Zn@LA阳极组成
SEM显示经1小时处理的Zn@LA形成均匀层状结构，接触角测试证实其疏水性（128.6°）。XPS证实Zn²⁺
与羧基配位形成Zn-O键，FTIR中1540 cm^?1
处羧酸盐振动峰进一步验证锌月桂酸层生成。

电化学性能研究
Zn@LA对称电池在5 mA cm^?2
下实现2000小时超长循环，过电位仅25 mV。57%深度放电下仍可稳定运行180小时。全电池测试显示，Zn@LA//MnO₂
在1 A g^?1
下950次循环后容量保持率81.8%，显著优于裸锌体系。

作用机制分析
DFT计算表明月桂酸在Zn(002)晶面的吸附能(?1.98 eV)远高于H₂
O(?0.33 eV)，有效阻断水分子接触。原位光学显微镜观察到Zn@LA表面沉积均匀无枝晶，而裸锌表面2小时即出现明显突起。

该研究创新性地通过简单浸渍法构建多功能金属-有机界面层，同步解决枝晶生长、腐蚀和析氢三大难题。疏水长链烷基阻断水分子接触，羧基锌亲和位点促进Zn²⁺
均匀沉积，为锌基储能器件界面设计提供普适性策略。研究获湖南省科技厅项目(2020JJ4734)和中南大学高性能计算中心支持，具有明确的产业化应用前景。