《Journal of Materials Science & Technology》：CNT-interconnected porous carbon yolk-shell ZnSSe hosts with built-in lithiophilic alloy/heterointerfaces for durable lithium metal anodes
编辑推荐：
•合理设计了CNT互联的多孔碳蛋黄-壳结构ZnSSe宿主，用于持久稳定的锂金属负极。•导电多孔碳蛋黄-壳框架缓解了局部电流集中，并在循环过程中有效缓冲了剧烈的体积波动。•内置的Li-Zn合金和Li2S/Li2Se异质界面协同调控Li+通量，诱导高度均匀的无枝晶锂沉积。引言对高能量
- •
合理设计了CNT互联的多孔碳蛋黄-壳结构ZnSSe宿主，用于持久稳定的锂金属负极。
- •
导电多孔碳蛋黄-壳框架缓解了局部电流集中，并在循环过程中有效缓冲了剧烈的体积波动。
- •
内置的Li-Zn合金和Li2S/Li2Se异质界面协同调控Li+通量，诱导高度均匀的无枝晶锂沉积。
引言
对高能量密度电池的需求推动了锂金属负极的研究兴趣[[1], [2], [3]]。然而，严重的体积变化和界面不稳定性在反复的沉积/剥离过程中会导致枝晶生长和死锂的形成[4,5]。因此，合理设计功能性宿主结构以缓冲这些体积变化并引导均匀的锂沉积，是一种有前景的策略[6,7]。
为解决这些问题，金属硫硒化物（MSSe）近年来作为稳定的锂金属宿主材料中极具吸引力的亲锂种子而崭露头角。在初始锂化过程中，MSSe发生可逆的转化和合金化反应，动态生成异质界面的Li2S/Li2Se相以及亲锂金属合金[8]。这些新生成的异质界面处独特的内建电场显著加速了电荷转移，而Li2S/Li2Se基体则提供了必要的结构缓冲以减轻体积变化，并促进快速离子传输[9,10]。此外，原位形成的金属合金活性位点确保了均匀的锂成核[11,12]。Wang等人报道了一种SnSSe修饰的Cu基底，其锂化后生成了亲锂的Li22Sn5合金以及Li2S/Li2Se相，从而促进了锂成核和锂离子传输[13]。将此类源自转化/合金化反应的组分与合理设计的宿主结构相结合，可以将其界面功能与充足的锂沉积空间和连续的电子传输路径相结合，从而调控锂沉积及其后续生长[7,14]。含有超细金属化合物的纳米结构碳材料可以提高锂金属宿主的导电性和结构稳定性[15,16]。特别地，由碳纳米管（CNTs）互联的碳蛋黄-壳结构提供了充足的内部空隙以容纳锂，以及多维电子传输路径[[17], [18], [19]]。这些多孔框架还能减轻局部电流集中，有助于更均匀的锂沉积[[20], [21], [22]]。因此，将源自转化/合金化反应的亲锂组分空间整合到这种多孔导电框架中，为耦合锂成核和离子传输的界面调控与后续锂生长和容纳提供了一种有前景的策略。
在本研究中，我们提出了一种合理设计的纳米结构，包括嵌入CNT互联多孔碳蛋黄-壳框架中的锌硫硒化物（ZnSSe）纳米晶体（ZnSSe@PC-YS-CNT）。首先通过可扩展的喷雾热解策略构建多孔碳框架，然后通过后处理和刻蚀来调控内部空隙。随后，通过浸渍并与硒和硫纳米粉混合，将ZnSSe纳米晶体均匀嵌入多孔碳蛋黄-壳CNT框架中，再进行热处理。在初始锂化过程中，受限的ZnSSe经历多步转化/合金化反应（ZnSSe → Zn + Li2S + Li2Se → LiZn + Li2S + Li2Se），生成亲锂的Li-Zn合金区域和Li2S/Li2Se异质界面，促进锂成核和锂离子传输。通过将这些界面组分整合到CNT互联的多孔碳蛋黄-壳框架中，其功能与锂沉积的内部空间和连续的电子路径相耦合，实现了均匀稳定的锂沉积。为进一步阐明ZnSSe体系的亲锂行为和锂离子传输特性，进行了密度泛函理论（DFT）计算。
章节摘要
结果与讨论
多孔碳蛋黄-壳CNT微球的形成机制如图1(a)所示。在喷雾热解过程中，含有锡和镁离子、蔗糖、PVP和酸处理多壁CNT的前驱体液滴经历快速溶剂蒸发和热分解，形成SnOx-MgO-C@C-CNT微球[23]。在此过程中，SnOx、MgO和CNTs均匀分布在微球中，而PVP和蔗糖（碳前驱体）则经历
结论
总之，我们通过将亲锂的ZnSSe纳米晶体整合到多孔碳蛋黄-壳CNT（PC-YS-CNT）框架中，开发了一种稳定的锂金属宿主材料。PC-YS-CNT微球为锂沉积提供了充足的内部空隙空间，同时减轻了循环过程中的体积波动。在电化学反应过程中，ZnSSe发生转化和合金化反应，生成Li-Zn合金位点和异质界面的Li2S/Li2Se基体。Li-Zn合金促进均匀的锂
CRediT作者贡献声明
Hyo Yeong Seo：写作–原稿，调查，正式分析，数据管理。Jin Won Yang：写作–原稿，调查，正式分析，数据管理。Seojin Woo：写作–原稿，调查，正式分析，数据管理。Thillai Govindaraja Senthamaraikannan：写作–原稿，软件，调查，正式分析，数据管理。Jung Sang Cho：调查，正式分析，数据管理。Dongju Lee：写作–审阅与编辑，监督，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）资助，由韩国政府（MSIT）资助（编号：RS-2023-00217581）。本工作得到了韩国研究成果商业化促进机构（COMPA）资助，由韩国政府（科学与信息通信技术部）资助（编号：RS-2023-00304768）。本研究得到了ANCHOR计划（通过忠北地区大学创新支持中心）的支持，由教育部（MOE）和
Hyo Yeong Seo|Jin Won Yang|Seojin Woo|Thillai Govindaraja Senthamaraikannan|Jung Sang Cho|Dongju Lee|Dong-Hee Lim|Yun Chan Kang|Gi Dae Park
