通讯作者：于乐；楼雄文

通讯单位：北京化工大学；新加坡南洋理工大学

不受控制的Zn枝晶生长和副反应是限制Zn金属阳极（ZMAs）商业化的主要因素。

基于此，北京化工大学于乐教授和新加坡南洋理工大学楼雄文教授通过胶体晶体模板和随后的逐步拓扑化学反应，利用高度有序掺杂TiOx/Zn/N掺杂碳反蛋白石结构（TZNC IO），提出了一种空间约束方法来调控Zn的沉积及稳定ZMAs。该方法形成的TZNC@Zn||V2O5全电池展现出超长的循环稳定性。

图1. (a) TZNC IO示意图。(b)PS opal，(c) TiOx/ZnO IO，(d,e)TiOx/ZIF IO和(f) TZNC IO的FESEM。(g) TZNC IO的TEM。

相关工作以“Formation of Super-assembled TiOx/Zn/N-doped Carbon Inverse Opal Towards Dendrite-Free Zn Anodes”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图2.(a)Zn沉积在Ti箔和TZNC上的示意图。(b) TZNC主机和(c-e)TZNC@Zn的FESEM。(f) Ti箔、(g)Ti@Zn、(h) TZNC和(i) TZNC@Zn表面电流密度分布的仿真结果。

要点1.非晶TiOx和Zn/N掺杂碳作为亲锌成核位点，降低成核过电位，避免氢泡的产生。具有周期性结构的三维大孔骨架能够精确控制电场分布，使局部电流密度最小化，从而诱导Zn优先沉积在TZNC主体内。高度有序的IO使局部电流密度和电场均匀化，从而稳定Zn沉积。

要点2.三维开放的相互连通的孔隙空间足够大，能有效调节锌离子通量，缓解体积膨胀。TZNC主体能够实现致密表面的无枝晶Zn沉积。在大电流密度下实现稳定的循环性能。

要点3.在1 mA cm-2的电流密度下，TZNC IO主机保证了稳定的镀锌/剥膜，长期稳定超过450小时。TZNC@Zn电极的对称电池在不同电流密度下表现出低电压迟滞和长期循环稳定性。基于TZNC IO的TZNC@Zn||V2O5全水电池在5.0 A g-1下显示了超过2000循环的长寿命。

图3. (a)容量为1 mAh cm-2的对称电池在1 mA cm-2下镀锌/剥锌的电压分布。(b)容量为1 mAh cm-2的对称电池的速率性能。(c) TZNC@Zn， (d) Ti@Zn和(e)在1 mA cm-2下循环50次后的裸锌的FESEM图像。

图4. (a) TZNC@Zn||V2O5和Zn||V2O5全电池的CV曲线。(b) TZNC@Zn||V2O5全电池恒流充放电曲线。(c) TZNC@Zn||V2O5和Zn||V2O5全电池在5 A g-1时的速率性能和(d)循环性能。

链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202115649

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