近日，资源与材料学院伊廷锋教授团队在水系锌离子电池锌负极领域取得重要进展，研究成果“Epitaxial Substrate Engineering Enables Ultrastable Zinc Anodes via Low-Lattice-Mismatch Interface-Induced Dendrite Regulation(外延衬底工程构筑低失配界面实现超稳定锌负极)”发表于材料领域国际著名期刊Advanced Functional Materials(中科院一区，影响因子19)。我校材料科学与工程专业2022级博士生李莹为本文的第一作者，我校伊廷锋教授和四川大学张千玉副教授为论文通讯作者，东北大学为第一完成单位。

锌金属负极凭借其低氧化还原电位（-0.76 Vvs.SHE）以及高理论体积容量（5855 mAh cm^-3），于水系电解液中呈现出独特的本征安全性与经济性优势，被视作下一代高性价比储能体系的核心组成部分。然而，锌负极在实际应用过程中面临着两大关键难题：一是锌负极表面电场分布不均匀所引发的枝晶不可控生长，会致使局部电流密度极化以及短路失效；二是Zn²⁺/Zn电对的还原电位明显负于析氢反应（HER）的热力学电位，从而使得界面处发生竞争性HER副反应，并且伴随着副产物Zn₄SO₄(OH)_6·xH₂O的持续生成以及化学腐蚀的加剧。为了应对金属锌在酸性介质中热力学不稳定这一挑战，在锌金属负极表面构建保护层，可以调节Zn²⁺在电极表面的均匀分布，同时阻止锌负极与电解液直接接触，进而有效地提升锌负极的可逆性与稳定性。

基于此，此项工作在锌负极表面设计了一种坚固、均匀分布且稳定的ZnTiO₃（ZTO）疏水保护层。通过密度泛函理论计算表明，ZTO发挥三重作用协同保护锌负极：其一，ZTO与Zn(002)具有高匹配度，使ZTO与Zn在重复循环过程中形成稳定的界面，并有效调控锌离子的电镀/剥离行为，以均衡锌离子通量；其二，ZTO通过Zn/O位点排斥/吸附活性H₂O中的H，从而减轻HER和腐蚀等副反应；其三，ZTO与锌负极基底之间产生强相互作用，显著降低Zn(002)晶面的表面能，促使锌离子优先沿着(002)晶面取向沉积，进而减少锌枝晶的产生与生长。该工作拓展了保护层筛选策略，提高了对锌成核机理的认识，为进一步发展稳定的锌金属电池奠定了基础。

ZTO涂层的设计机理