锰配位超分子网络抑制R-MnO2溶解实现超长循环水系锌离子电池

针对MnO2正极材料在循环中因溶解导致容量衰减的问题，研究人员通过一锅水热法构建了2-吡啶甲酸配位的锰配位超分子网络（Mn-CSN）包覆R-MnO2材料（R-MnO2@Mn-CSN）。该材料在无Mn2+添加的电解液中表现出卓越的循环稳定性（5000次循环后库伦效率近100%），同时揭示了H+主导的Zn2+/H+共嵌入机制，为高性能水系锌离子电池（AZIBs）的实用化提供了新思路。

　　

随着全球能源需求激增，锂离子电池（LIBs）因资源稀缺和安全隐患面临发展瓶颈。在此背景下，水系锌离子电池（AZIBs）凭借高安全性、低成本等优势成为研究热点，其中锰基正极材料MnO₂因其高理论容量（308 mAh g^?1）和丰富隧道结构备受关注。然而，MnO₂在循环中易发生溶解导致容量骤降，传统Mn²⁺添加剂虽能缓解但会干扰材料本征性能评估。

中山大学材料科学与工程学院的研究团队创新性地采用2-吡啶甲酸（2-PA）作为配体，通过一锅水热法在Ramsdellite型MnO₂（R-MnO₂）表面原位生长锰配位超分子网络（Mn-CSN），制备出R-MnO₂@Mn-CSN复合材料。该研究通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等技术证实了Mn-CSN的成功包覆，电化学测试显示材料在3 M ZnSO₄电解液中展现出413.7 Wh kg^?1的能量密度和5000次超长循环稳定性。

材料表征
XRD和红外光谱证实2-PA与Mn²⁺通过羧基氧原子配位形成网络结构，TEM显示Mn-CSN均匀包覆于R-MnO₂表面。

电化学性能
在0.1 A g^?1下，R-MnO₂@Mn-CSN的容量保持率（64.23%）显著高于未修饰样品（14.58%）。原位X射线吸收光谱揭示了H⁺主导的Zn²⁺/H⁺协同嵌入机制。

机理分析
Mn-CSN通过抑制MnOOH歧化反应（MnOOH ? Mn²⁺ + MnO₂）阻断锰溶解路径，其柔性结构可适应离子嵌入/脱嵌的体积变化。

该研究为AZIBs正极材料保护提供了新范式，通过非共价键构筑的动态保护层兼具结构稳定性和离子传输效率。Pu Liu团队的工作发表于《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》，不仅推动了锰基电池实用化进程，也为配位超分子材料在能源存储领域的应用开辟了新方向。