化石燃料使用的增加和环境退化加速了全球碳中和的追求[1], [2]。间歇性可再生能源风能和太阳能需要高效的储能技术以实现规模化部署，迫切需要开发安全、稳定、低成本的大规模储能系统[3], [4]。商业上占主导地位的锂离子电池受到稀缺锂资源、易燃有机电解质和高成本的限制，无法满足电网级储能需求，这促使人们探索基于地壳丰产金属的电池替代品[5], [6], [7], [8]。水系锌离子电池（AZIBs）凭借其充足的锌储量、低材料成本、高可逆双电子氧化还原能力、优异的比容量和本质不燃的水系电解质，作为极具潜力的候选者，在大规模储能应用中具有巨大前景[9], [10], [11], [12], [13]。
尽管水系锌离子电池组件取得了重大进展，但正极材料仍然是限制整体电化学性能的关键因素，因为现有候选材料很难同时满足高容量、宽电压范围和快速锌离子氧化还原动力学。钒基材料凭借其开放的层状结构、丰富的氧化还原位点和稳定的循环性能脱颖而出[14]。层状V2O5及其水合物通过结构水的屏蔽效应实现高理论容量和加速的离子迁移，但存在电导率低、层间距窄、离子扩散缓慢以及由不可逆相变和钒溶解引起的严重容量衰减等问题。NH4V4O10具有稳定的氢键网络、有利的离子传输通道和较大的层间距，可缓解结构膨胀并维持高容量。然而，其固有的低电导率降低了体积能量密度，并且长期循环过程中铵的逐渐泄漏破坏了内部氢键结构，导致不可逆的结构退化。近期关于钒酸盐正极的研究进一步强调了结构演变与Zn离子存储行为之间关联的重要性[15]。
研究人员已采用纳米结构设计、缺陷工程和阳离子预嵌入来提升钒基正极材料的性能[16], [17], [18]。预嵌入作为一种有前景的方法，可以扩大层间距、优化离子扩散路径并稳定层状结构，从而改善电化学性能[19], [20], [21], [22]。现有研究证实，阳离子掺杂、氧空位调控和碳杂化可以有效优化钒氧化物的电子构型和离子传输特性[23], [24], [25], [26], [27]。单一改性方法只能改善部分电化学性能，无法实现容量、循环耐久性和倍率性能的均衡提升[28], [29]。常规预嵌入无法完全抑制V2O5的结构退化和钒溶解，也无法消除NH4V4O10的铵泄漏和结构降解[30], [31], [32], [33]。开发能够同时解决多种限制的综合结构调控策略，仍然是水系锌离子电池钒基正极面临的主要挑战[34], [35]。异质结构建通过内建电场协同改善性能，降低电荷转移电阻并加速载流子迁移，同时双组分互补优势共同优化结构稳定性和反应动力学[36], [37], [38], [39], [40]。更一般地，层状材料的基础研究表明，原子质量和键合的变化可以改变晶格动力学和传输特性[41]。
本文采用两步水热法制备了自支撑的Zn-V2O5/NH4V4O10分级异质结复合电极。结构表征和电化学测试证实，该分级异质结同时实现了加速Zn扩散动力学和增强结构稳定性。所制备的电极实现了523.8 mA h g?1的高可逆比容量，在3 A g?1下3000次循环后保留了72.4%的容量，展示了高容量、长循环寿命和高倍率性能的协同优化。本工作为钒基正极材料的高性能改性提供了新的见解，为AZIBs在大规模储能中的应用奠定了重要的实验基础。
