『碘基文献速览』长沙理工大学高春晖团队Science Bulletin:催化启发的d带中心调控构建抑氢锌负极实现长寿命水系锌离子电池

第一作者：高春晖

通讯作者：张伟、徐娜娜、Qingjin Fu

通讯单位：长沙理工大学、伦敦大学学院、中南大学、河北工业大学、湖南科技大学

DOI：10.1016/j.scib.2026.01.033

【核心内容】

     水系锌离子电池（AZIBs）作为一类有前景的电化学储能体系，其商业化进程受限于锌负极的多重失效机制，包括枝晶生长、析氢反应（HER）及界面副产物（如碱式硫酸锌）的不可控生成。其中，HER不仅加速锌金属消耗，还诱发局部pH升高与电解液分解，进而加剧电极钝化与结构退化。现有策略主要集中于电解液工程与人工界面层构筑，但尚未从电子结构层面系统调控锌表面HER本征活性。长沙理工大学高春晖团队受多相催化中d带理论启发，提出一种基于d带中心调控的电子结构设计策略：引入草酸（OA）作为分子添加剂，使Zn的d带中心下移0.166 eV（由–6.896 eV降至–7.062 eV），显著削弱H*吸附能，从而从热力学与动力学上抑制HER；同时，OA通过竞争配位作用解构Zn²⁺溶剂化鞘层，有效抑制碱性副产物在界面的沉积。该协同机制赋予锌负极卓越稳定性：Zn||Zn对称电池在1 mA cm⁻²/1 mAh cm⁻²下稳定运行超3500 h；Zn||Cu半电池1500次循环库伦效率达99.41%；Zn||I₂全电池10,000次循环后容量保持率高达92.8%；1.3 Ah软包电池亦实现200次循环无明显衰减。本研究首次将催化d带理论延伸至水系金属电池电极/电解液界面，确立了“电子结构—界面反应—宏观性能”的构效关系，为高性能锌基电池的设计提供了新范式。

示意图1. 草酸调控锌负极电子结构与界面行为抑制析氢反应

     其相关成果以题为“Catalysis-inspired d-band center engineering enables hydrogensuppressed zinc anodes for long-life aqueous zinc-ion batteries”在国际知名期刊《Science Bulletin》上发表。

【图文简介】

图1. 电解质性质的表征

图2. 电解质的溶剂化结构

图3. 锌负极的界面表征

图4. 电化学循环性能

图5. 锌基全电池的循环性能

【结论】

     综上所述，本研究创新性地将多相催化领域的d带中心理论引入水系锌电池领域，提出基于电子结构调控的Zn阳极稳定化新范式：草酸（OA）分子通过强吸附作用显著下移Zn的d带中心，从本征电子层面削弱氢吸附能，有效抑制析氢反应（HER）；同时，OA参与重构Zn²⁺溶剂化鞘层，降低游离水活性，从而抑制碱式盐等副产物沉积。该双路径协同机制赋予Zn负极优异的循环稳定性，在对称电池、非对称电池及全电池构型中均显著抑制寄生反应。本工作不仅确立了“电子结构工程”作为电池界面设计的关键新维度，更构建了一套可迁移、可推广的界面反应性调控框架，其原理可拓展至其他金属阳极（如Al、Mg）及各类水系电化学体系。尤为关键的是，OA作为一种天然存在的、可生物降解的二元羧酸，具备低成本工业合成路径、高水溶性、低毒性及良好环境兼容性，完全契合大规模水系电池绿色制造需求。该催化启发的理性设计策略，实现了机理深度、技术普适性与可持续性的有机统一，为发展长寿命、高能效、环境友好的下一代水系储能技术提供了新思路。

【文献信息】

C.Gao, Z. Jiang, J. Chen, K. Zhang, H. Yang, R. Chen, H. Yang, Q. Fu, Z. Li, N. Xu,M. Wang, B. Hong, F. Wu, W. Zhang, Y. Lai , Catalysis-inspired d-band center engineering enables hydrogen-suppressed zinc anodes for long-life aqueous zinc-ion batteries.

Science Bulletin, 2026,

https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.01.033

【特别声明】

本公众号致力于报道最新的或整理已发表的与卤素储能相关的文献快讯，我们十分欢迎各位科研人员将最新接收或已发表的作品投稿至本公众号，同行可以更快更全面的了解作品，提升文章的认知度。

     公众号仅限学术交流，文中字句仅代表个人阅读后理解，详细内容请参照原文！本公众号发布的内容如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。

     感谢各位读者的支持与宣传，同时欢迎广大科研人员投稿与合作，具体事宜可以添加QQ（号码为：3281181611），也可发送邮件至halogenbattery@qq.com，我们将在第—时间回复您！