【研究背景】低成本且安全环保的水系二次锌电池具有极大的应用潜力。其中正极材料的发展较为快速，而作为最主要候选材料之一的锌金属负极存在锌枝晶不可控生长的瓶颈问题。对于锌枝晶的形成，相关研究更多聚焦于沉积锌在微米尺度上的形貌演变，在（亚）纳米尺度上对锌负极界面机制的理解仍是不充分的。 【工作介绍】近日，温州大学袁一斐课题组利用聚焦离子束显微切割技术和高分辨透射电镜技术研究了界面处沉积锌的特性，首次报道了锌负极上初始沉积锌存在大量位错，这与锌枝晶具有一定的关联。继而以金表面改性锌负极材料为概念验证，阐述了金(111)晶面对锌沉积行为在多尺度上的调节作用。该文章以题“A zincophilic interface coating for the suppression of dendrite growth in zinc anodes”发表在国际知名能源期刊Nano Energy。本文第一作者为课题组博士后任晴晴。通讯作者为温州大学袁一斐教授和王舜教授。第一通讯单位为温州大学化学与材料工程学院。 【内容表述】1. 涂层物相表征与结合能理论计算基于统计性方法计算涂层厚度约15 nm，具体是通过称量锌负极片在溅射金层前后的质量差值，获得涂层质量，然后结合金的密度与极片表面积进行涂层厚度的计算。理论计算数据表明金(111)晶面具有最佳亲锌性。此外，接触角测试数据表明涂层提高了锌负极的疏水性，这有利于抑制水诱导的界面副反应。Fig. 1. a) The calculated binding energies of zinc atoms onto different crystal facets and the corresponding electron clouds, the inset in a: HRTEM images of Au modification layer; b) XRD patterns of Zn and Au-Zn anodes; c) the digital image of Zn and Au-Zn anodes; d) EDS analyses of Au-Zn anodes; e-h) SEM-EDS elemental mapping of Au-Zn anodes; i, j) 2D and 3D AFM images of Au-Zn anodes; k, l) the digital images exhibiting the contact angle values of 2 M ZnSO4 electrolyte on Zn and Au-Zn anodes. 2. 电极性能与微米尺度形貌演变亲锌涂层提升了锌沉积动力学特性，抑制了沉积锌的局部聚集生长。在0.1 mA cm-2电流下，锌负极与金改性锌负极的成核过电位分别约为19.5 mV 和0 mV。Fig. 2. a) Comparison of voltage profiles in symmetric coin-type cells based on bare Zn and Au-Zn electrodes at 5 mA cm-2 for 12 min; b) comparison of nucleation overpotential of symmetric batteries at 0.1 mA cm-2; c) voltage profiles of Au-Zn symmetric coin-type cells during Zn stripping/plating at various current densities from 0.1 mA cm-2 to 5 mA cm-2 with the plating/stripping time of 12 min (25 cycles per step); d) Nyquist plots of symmetric cells after the test of c); e) voltage profiles of Au-Zn//Ti asymmetric cells at 5 mA cm-2; the optical and SEM images of the plated Zn (f-h) and Au-Zn (i-k) anodes at 5 mA cm-2/1 mAh cm-2 in symmetric coin-type cells. 3. 锌沉积的原位光学表征图3 c和d是改性涂层亲锌性的可视化呈现，具体实验设计是锌片右半侧有涂层而左半侧无涂层，对其沉积过程进行原位光学观察。Fig. 3. Zn electrochemical deposition in optical cells: a, b) 3D images of the plated Zn and Au-Zn anodes in optical cells at 5 mA cm-2/0.5 mAh cm-2, the insets in b: BSE images and the corresponding EDS mapping for a description of Au modified interfaces in the cross-section of the plated Au-Zn anodes; c, d) in situ optical microscope images of the plated Zn electrode with Au partially coating at 5 mA cm-2, suggesting the strong zincophilicity of Au coating layers; in situ optical microscope images of Zn e-h) and Au-Zn i-l) anodes plated at 30 mA cm-2, suggesting the suppression of dendrite growth. 4. 沉积界面的（亚）纳米尺度表征HRTEM图表明锌负极界面处初始沉积锌存在大量位错（图4 d），同时XRD精修结果表明锌负极上的沉积锌存在晶格缺陷（图4g）。Fig. 4. a) The optical images and b) SEM images of the plated Zn anodes in optical cells at 5 mA cm-2; c) the low-magnification TEM images of the thinned sample (marked with a black frame in b) prepared by FIB; d) HRTEM images of the deposit (marked with a red frame in c) near the deposit/substrate interface, an indication of dislocations by the dashed lines; e) HRTEM images of Zn substrates; f, g) the refined XRD data of Zn anodes before and after Zn deposition (1 mAh cm-2). 5. 涂层改性机制研究发现，金改性锌负极界面处的沉积锌具有规则的原子排布，这表明涂层有效调节了锌沉积行为。Fig. 5. BSE images a) and the corresponding EDS mapping b, c) of the plated Au-Zn anodes in optical cells at 5 mA cm-2, the inset: a description of FIB technologies; d) SEM images of the cut sample fixed to a copper grid; e) EDS analysis of the thinned sample, the inset: EDS mapping for a confirmation of the modified interface; f) SAED patterns of Au in the modified interface; g) HRTEM images of the deposit (marked with a black frame in the inset of e) near the deposit/substrate interface.Qingqing Ren, Xinyue Tang, Xingchuan Zhao, Ya Wang, Chenghang Li, Shun Wang*, Yifei Yuan*, A zincophilic interface coating for the suppression of dendrite growth in zinc anodes, Nano Energy, 2023.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108306通讯作者王舜 温州大学教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴人员，现为温州大学副校长、温州大学新材料与产业技术研究院院长、《Carbon Energy》主编。入选英国皇家化学会会士、国家百千万人才工程、国家有突出贡献中青年专家、浙江省万人计划创科技新领军人才等。致力于面向高效能量储存与转化的碳基和碲基三维超结构纳米材料的原创性设计、制备、多尺度结构与性能关系的基础科学研究和应用探索。获评国际电动车锂电池协会(IALB)“杰出研究奖”、教育部自然科学奖二等奖、浙江省科学技术奖一等奖、浙江省优秀教师等荣誉。任国际著名期刊《Carbon Energy》主编。 袁一斐 温州大学教授，博士生导师。麻省理工科技评论-亚太区“35岁以下科技创新35人”，“中国新锐科技人物知社特别奖”，美国电化学协会“K.M. Abraham Travel Award”奖，温州大学“校长特别奖”。研究方向为新能源电池领域储能材料的开发和相关储能反应机理的溯源研究；发表SCI论文140余篇，谷歌学术引用9000余次，h指数55；Nature Energy等期刊审稿人；担任国际学术期刊Crystals编委、Carbon Energy青年编委。 第一作者任晴晴 温州大学碳+能源材料微观储能研究课题组博士后，2019年博士毕业于哈尔滨工业大学，获得2021年淮北师范大学化学与材料科学学院青年教师课堂教学竞赛三等奖、2021年“物质科学与大国重材”全国博士后学术论坛成果优秀奖。研究方向为新能源电池正、负极材料；以第一作者在Nano Energy、ACS Appl. Mater. Interfaces等SCI期刊发表论文12篇，其中ESI高被引论文1篇；担任国际学术期刊Crystals客座编辑。 温州大学碳+能源材料微观储能研究课题组本课题组依托温州大学碳+能源课题组研究平台，聚焦新能源电池领域储能材料的开发和材料关键工作/失效机理的研究。体系包括二次离子电池、全固态电池、高比能锂-硫和锂-氧气电池、水系锌电池等；注重利用各种原位表征平台，对储能材料在工况下的关键结构演化信息进行微纳和原子尺度的探究，并有针对性的提出解决实际应用问题的方法措施。课题组链接：https://www.x-mol.com/groups/yuan-wzu