原子级表面设计调控镁金属负极成核实现稳定无枝晶沉积

来自前沿电化学储能领域的研究团队针对镁金属电池(MMBs)中镁沉积不均匀和枝晶生长难题，开展了原子界面工程研究。通过构建载锌单原子多孔碳纤维(ZnSA@PCF)基底，实现了超低成核过电位、5 mA h cm?2级无枝晶镁沉积，并获得17 mA cm?2高临界电流密度及1500小时超稳定循环（库伦效率99.79%），为多价金属负极界面调控提供了新范式。

　　

实现均匀可逆的镁(Magnesium, Mg)沉积是镁金属电池(Magnesium Metal Batteries, MMBs)实用化的关键瓶颈——不可控的成核过程和枝晶生长会严重破坏界面稳定性与循环性能。为此，研究团队提出了一种原子级表面设计策略，通过精密界面工程引导镁的成核行为。为验证该理念，他们设计了一种嵌入锌单原子(Zn Single Atoms, ZnSA)的自支撑多孔碳纳米纤维框架(ZnSA@PCF)，该材料衍生自热解电纺PAN/ZIF-8复合材料。这种结构同时具备两大优势：均匀分布的中空纳米笼提供高比表面积，而亲镁性锌单原子位点则作为催化中心引导镁沉积。这种双重设计使成核过电位显著降低，并实现了高达5 mA h cm^?2的无枝晶镁沉积。理论模拟结果显示，引入的锌单原子位点对镁具有强亲和力；电化学测试则展现出17 mA cm^?2的高临界电流密度、超过1500小时的超稳定循环以及99.79%的库伦效率。本研究确立了原子级催化剂工程作为新一代可逆镁金属电池界面控制的创新范式。