国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  水系鋅碘電池（Zn-I₂）因碘資源豐富和成本低廉而受到廣泛關注。傳統的雙電子反應基于2I^-/I₂轉化，具有較快的反應動力學和良好的可逆性，但其理論比容量僅為211 mAh g^-1，難以滿足高能量密度需求。為突破這一瓶頸，發展四電子碘氧化還原反應（I^-/I⁰/I⁺）成為重要方向，其中I⁰/I⁺轉換的激活是實現該過程的關鍵，通常依賴于親電碘物種與濃鹵化物電解質或親核添加劑之間形成電荷轉移復合物。盡管相關策略在提升容量和能量密度方面取得了進展，但仍存在諸多挑戰，例如高濃度鹵素離子對鋅負極的腐蝕，I⁺在水系環境下易發生水解導致反應可逆性不足，以及I⁰/I⁺轉換過程中高能壘引起的動力學遲緩。這些問題共同限制了四電子反應的充分利用，導致容量快速衰減并削弱循環穩定性。因此，亟需開發能夠同時調控I^-/I⁰/I⁺轉化動力學與鋅負極界面穩定性的電解質體系，其中深共晶電解質因其獨特的離子環境和分子間作用力,展現出解決上述問題的潛力。

  近期，東華大學化學與化工學院武培怡/焦玉聰團隊提出了基于酸性深共晶電解質（ZPDES）的電解液調控新策略。研究表明，H₃PO₄與ZnCl₂之間通過氫鍵相互作用（Cl···H-O）構建DES，該氫鍵能夠有效緩解Cl^-和質子引起的腐蝕。同時，質子可以抑制I⁺的水解，促進I⁰/I⁺的快速氧化還原反應，從而抑制I₃^-的形成，提高反應可逆性。此外，質子促進Zn沿（002）晶面優先沉積，有助于抑制枝晶生長。結果表明，采用ZPDES的Zn-I₂電池在0.5 A g^-1下循環320次后仍能保持576 mA h g^-1的高比容量，在7 A g^-1下循環20,000次后仍能保持100%的容量保持率。本研究為推動高性能四電子Zn-I₂電池的實際應用提供了新的思路。

圖1 結構和相互作用表征

  作者通過混合高濃度氯化鋅和磷酸形成深共晶電解質，并利用差示掃描量熱法（DSC）、1H核磁共振（1H NMR）光譜、傅里葉變換紅外（FTIR）光譜和分子靜電勢證明了分子間相互作用以及DES的形成。此外，分子動力學（MD）模擬揭示了ZPDES中Zn²⁺的溶劑化結構和相鄰分子的分布特征，從而進一步證實了ZPDES結構的形成。

圖2 腐蝕抑制性能

  作者通過電化學穩定窗口（ESW）測試表明ZPDES有助于拓寬電化學窗口，并且結合原位pH監測、質量保持率及Zn/Ti電池進一步驗證了其優異的抗腐蝕能力。二維拉曼光譜顯示ZPDES能夠有效抑制副產物生成。同時，極圖與掃描電子顯微鏡（SEM）結果表明質子誘導了Zn（002）晶面的優先生成，密度泛函理論（DFT）計算進一步支持該結論。此外，原子力顯微鏡（AFM）測試顯示循環后鋅片表面粗糙度較低，證明ZPDES有助于提升鋅負極的循環穩定性。

圖3質子增強氧化還原機理研究

  作者通過XPS與原位拉曼光譜驗證了四電子反應的發生。進一步的計算結果表明，HOMO-LUMO能隙（ΔE）的減小顯示磷酸環境有助于增強I₂的氧化還原動力學，而吉布斯自由能（ΔG）分析則表明ZPDES可有效降低I⁰/I⁺轉化的能壘。此外，采用線性同步過渡/二次同步過渡（LST/QST）方法研究了I₃^-的分解動力學和I⁺的水解能壘。上述結果共同證明了ZPDES在加速氧化還原過程、抑制I₃^-生成及I⁺水解方面的有效性。

圖4 四電子Zn-I₂電池的氧化還原動力學表征

  作者基于充放電曲線（GCD）計算了極化電壓（ΔE）和Q₁/Q₂比值，結果表明ZPDES能有效加速氧化還原反應。不同掃速下的循環伏安法（CV）測試進一步證實該電解液有助于提高比容量。通過計算Tafel斜率和氧化還原能壘揭示了其更優的氧化還原動力學。同時，鋅離子擴散系數的結果也表明在ZPDES中Zn²⁺具有更快的擴散行為。電化學阻抗譜（EIS）分析顯示，在不同循環條件下，ZPDES體系的電極具有更低的電荷轉移電阻和和更高效的離子擴散過程。

圖5 電池性能

  得益于ZPDES優異的抗腐蝕性能及其促進氧化還原反應的能力，基于ZPDES組裝的Zn-I₂全電池展現出穩定的循環壽命。在小電流和大電流條件下均表現出優異的循環性能，進一步驗證了ZPDES的實際應用潛力。

  以上研究成果近期以“Realizing High Performance Four-Electron Zinc-Iodine Batteries with Acidic Eutectic Electrolyte”為題，發表在《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202515633)上。東華大學化學與化工學院碩士研究生閻語歡為文章第一作者，焦玉聰研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。

  該研究工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金及上海市自然科學基金的資助與支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202515633