硒掺杂硫化铜（CuS1-xSex）中阴离子演化介导的双向动力学机制及其在锌离子电池高可逆转化型负极中的应用

（编辑推荐）本研究通过硒(Se)掺杂策略，揭示了CuS1-xSex在摇椅式锌离子电池(RCZIB)中双向反应动力学的增强机制：放电时Se优化Zn2+吸附并降低能垒，充电时Se掺入ZnS1-xSex提升导电性与分解效率，实现超高倍率（560 mAh g-1）和长循环稳定性，为转化型过渡金属硫化物(TMS)负极设计提供新思路。

　　

Highlight

阴离子掺杂通过调节键合强度与电导率显著提升转化型过渡金属硫化物(TMS)负极的氧化还原反应活性。硒(Se)与硫(S)的相似价电子构型（ns2np?）使其成为理想掺杂剂——更长的Cu-Se键（2.36 ? vs Cu-S 2.18 ?）和更低电负性（Se 2.4 vs S 2.5）削弱键能，而Se的高电导率（1×10^-5 S m^-1 vs S 5×10^-30 S m^-1）有效缩小带隙，协同优化Zn²⁺存储动力学。

Results and discussion

密度泛函理论(DFT)计算显示，CuS_1-xSe_x的带隙窄于CuS（图1a），电荷密度差分证实Se掺杂增强Cu原子电子局域化（图1b）。放电过程中，Se动态掺入产物ZnS_1-xSe_x，其高导电性和易分解特性使逆转化反应能垒降低；充电时Se可逆回嵌再生CuS_1-xSe_x，形成"阴离子演化循环"。

Conclusions

本研究首次阐明Se掺杂在CuS_1-xSe_x双向反应中的协同机制：放电阶段通过增强电导率、优化Zn²⁺吸附及降低扩散能垒加速转化动力学；充电阶段借助ZnS_1-xSe_x的快速分解实现高效逆转化。该策略为设计高可逆TMS负极提供了阴离子动态调控的新范式。