近日，材料科学与工程学院2023级本科生郄一茗以第一作者身份，在SCI二区期刊《Small》发表研究论文《利用MoS₂-PEO中的S═O键与硫空位调控界面化学以实现稳定锌负极》（Tailoring Interfacial Chemistry Using S═O Bonds and Sulfur Vacancies of MoS₂-PEO for Stable Zinc Anode）。该论文由许国保教授团队完成，何虹洁为第二作者，许国保副教授为论文共同通讯作者。

该研究针对水系锌离子电池商业化落地的核心瓶颈，研发出一种兼具硫空位与S═O化学键的二硫化钼-聚环氧乙烷（MoS₂-PEO）多功能人工界面保护层，同时解决锌负极枝晶生长、析氢副反应两大难题，显著提升电池循环稳定性与服役寿命。

水系锌离子电池凭借高安全性、低成本、环境友好及锌负极低氧化还原电位等优势，被视作下一代电化学储能的优选技术之一。但长期以来，锌负极不可控的枝晶生长、持续的析氢副反应及副产物堆积问题，严重降低电池库伦效率与循环寿命，极大限制了其产业化应用。目前学界主流的电解液调控、隔膜改性、单一组分人工界面修饰等手段，难以同时兼顾高离子电导率、优异机械强度与电化学稳定性，成为行业技术突破的关键痛点。

针对上述问题，研究团队创新设计有机-无机杂化复合界面保护策略，通过超声辅助液相剥离技术，制备出富含硫空位与S═O官能团的功能性MoS₂纳米片，并与PEO复合改性，在锌负极表面构建出多功能一体化的人工相间保护层，实现了离子传输、形核调控、界面稳定的三重协同增效。相较于传统单一组分修饰层，该复合结构兼具无机材料的电化学稳定性与有机材料的柔性缓冲能力，可有效适配锌负极充放电过程中的体积形变。

研究证实，该复合保护层具备多重增效机制：MoS₂晶格中的硫空位可构建局部富电荷区域，强化锌离子静电吸附作用，引导锌离子均匀富集、三维致密形核，规整离子通量分布；PEO链段中的醚氧基团可与锌离子配位，重构锌离子溶剂化结构，大幅降低脱溶剂化能垒，加速界面电荷转移与离子传输；同时，表面独特的S═O化学键可与PEO协同重构界面氢键网络，将高活性自由水转化为束缚水，从根源上抑制水系电池核心的析氢副反应。

材料表征与仿真测试结果表明，MoS₂-PEO复合涂层可有效扩大层间间距、优化晶体结构，同时显著提升电极表面亲水性与机械柔韧性，弯折后无裂纹产生，结构稳定性优异。循环后的电极表面无枝晶、无团聚，锌离子优先沿低表面能(002)晶面均匀沉积，彻底改变了纯锌负极无序生长、凸起滋生枝晶的缺陷模式。COMSOL多物理场仿真与原位光学、拉曼测试进一步验证，该改性体系可实现电极表面锌离子浓度均匀分布，稳定界面水分子结构，大幅抑制界面副反应与腐蚀现象。

电化学性能测试展现出该改性负极的突出优势：改性对称电池在20 mA cm⁻²的高电流密度下可稳定循环500小时，极化电压低且无明显衰减；组装的MnO₂基全电池在0.2Ag⁻¹电流密度下循环2400次后，容量保持率仍可达80.76%，1Ag⁻¹大倍率下循环1200次依旧保持优异电化学可逆性。依托该改性负极组装的软包电池，在13.5mg cm⁻²高负载条件下，可逆比容量可达99mAh g⁻¹，300次循环后容量保持率高达98.86%，可稳定为商用LED器件持续供电，展现出极佳的实际应用潜力。此外，该改性电池锌离子迁移数、离子电导率显著提升，脱溶剂化活化能大幅降低，库伦效率长期稳定在99.7%以上，倍率性能与循环稳定性均优于多数已报道的锌负极改性体系。

该成果瞄准新型储能技术的前沿需求，为高性能水系金属电池负极改性开辟了新的技术路径，为水系锌离子电池规模化商用奠定了重要技术基础。我院本科生为该论文第一作者，也是学院科研育人成效的生动体现，展现了青年学子勇攀科研高峰的精神风貌。近年来，学院持续深耕能源材料领域基础研究，高水平成果不断涌现，面向国家重大战略需求，学院将继续深化科研创新与人才培养协同，为高水平科技自立自强贡献更大力量。

（作者：李馨 查铭涵）