Zn2+离子的不均匀扩散和电沉积导致的枝晶生长和低库仑效率已成为锌（Zn）金属负极开发与应用面临的巨大障碍。
近日，香港城市大学支春义教授，中科院宁波材料所黄庆研究员报道了采用熔盐腐蚀法制备了一系列化学计量比卤化Mxenes（Ti3C2Cl2、Ti3C2Br2和Ti3C2I2）作为人工界面层，实现了均匀的锌电沉积。
文章要点
1）研究人员阐明了晶格匹配、Ti3C2基体和卤素端基对锌镀层初始规则形核和后续定向生长方式的协同作用。密度泛函理论（DFT）计算和实验表征表明，最外层的卤素对Zn2+离子在Mxene基体上的平铺起调节作用，而不是堆积，而Mxene基体与Zn镀层的晶格高度匹配。因此，首先建立了共格的异质界面，然后反过来调节随后的锌离子沉积。
2）所有MXene-Zn负极在成核过电位、CE值、极化和耐久性方面都优于裸Zn金属，其中Ti3C2Cl2表现最好，其具有适中的Zn2+的吸附和扩散系数。在2 mA cm−2时，对称电池可稳定循环840 h以上，最高可达裸锌金属的13倍。即使在10 mA cm−2的高电流密度下，100 h循环中的过电位仍低于103 mV，与之形成鲜明对比的是，裸锌的寿命短得多，只有14 h，且有更高的电压间隙，在154 mV以上。
3）进一步与Ti3C2I2正极相匹配，Ti3C2Cl2−Zn//Ti3C2I2全电池可工作9000次以上，容量衰减率仅为2.93%/千次，而Zn//Ti3C2I2电池的衰减率高得多，为7.95%/千次。
这种晶格匹配和卤素调控所产生的协同效应有望其它金属负极优化提供一种有效而普遍的策略。
参考文献
Xinliang Li, et al, Lattice Matching and Halogen Regulation for Synergistically Induced Uniform Zinc Electrodeposition by Halogenated Ti3C2 Mxenes, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c08358
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08358
