金屬鋅作為一種有前途的可充電水系電池的負(fù)極，在電網(wǎng)規(guī)模的能源儲(chǔ)存中得到了巨大的關(guān)注。然而，不可控的枝晶生長(zhǎng)和表面寄生反應(yīng)極大地延緩了其應(yīng)用。

在此，西北工業(yè)大學(xué)王建淦教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)配位法在鋅負(fù)極表面無(wú)縫構(gòu)建了一種多功能的MOF界面。

具有獨(dú)特的三維開(kāi)放框架的親鋅MOF界面相通過(guò)快速轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)、促進(jìn)脫溶能力和均勻的電極-電解質(zhì)界面電場(chǎng)分布重新分配Zn²⁺通量，進(jìn)而誘導(dǎo)均勻穩(wěn)定的Zn沉積。此外，致密的界面可以作為鎧裝層來(lái)抑制副產(chǎn)物和負(fù)極表面死鋅的產(chǎn)生。

圖1. MOF@Zn電極上的Zn²⁺作用機(jī)制

研究表明，具有3D開(kāi)放框架結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)MOF界面可以作為高度親鋅介質(zhì)和離子篩，協(xié)同誘導(dǎo)均勻且快速的Zn成核/沉積。此外，無(wú)縫界面的界面屏蔽顯著抑制了表面腐蝕和析氫實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定的鋅電鍍/剝離。

具體而言，在1000次循環(huán)后庫(kù)侖效率可達(dá)99.2%，在10 mA cm^-2下壽命延長(zhǎng)到1100小時(shí)，累積電鍍?nèi)萘扛哌_(dá)5.5 Ah cm^-2。此外，改性鋅負(fù)極保證了基于MnO₂的全電池超過(guò)1500次循環(huán)的超長(zhǎng)壽命。

因此，該工作可為設(shè)計(jì)高效的MOF中間相提供見(jiàn)解，使其能夠走向超穩(wěn)定的鋅水電池群體。

圖2. MOF@Zn||MnO₂全電池的電化學(xué)性能

A Seamless Metal–Organic Framework Interphase with Boosted Zn²⁺?Flux and Deposition Kinetics for Long-Living Rechargeable Zn Batteries, Nano Letters 2023 DOI：10.1021/acs.nanolett.2c04410