锌（Zn）金属负极（ZMAs）的实际应用主要受到不可控的Zn枝晶生长和副反应导致的寿命有限和库仑效率低的限制。
近日，南洋理工大学楼雄文教授，北京化工大学于乐教授报道了Cu NBs@NCFs作为3D亲锌主体的精心设计和合成，以实现高度可逆的ZMAs。
文章要点
1）平均尺寸约为600 nm的Cu2O纳米立方体(NCs)用作起始模板材料。Na2S溶液硫化后，所制备的Cu2O@CuS纳米晶保持了立方形貌和固体性质。之后，使用Na2S2O3选择性蚀刻Cu2O核以获得CuS纳米盒(NBs)。在随后的静电纺丝过程中，CuS NBs与聚丙烯腈(PAN)组装形成CuS NBs@PAN纤维。随后在氩气/H2中退火后，所获得的Cu NBs@NCFs继承了直径在1.0-1.5 μm范围内的一维纤维状形貌。
2）具有中空内部和足够空隙空间的3D框架不仅可以容纳Zn沉积和抑制Zn枝晶生长，还可以降低局部电流密度和缓冲快速的体积变化。实验观察和密度泛函理论计算表明，亲锌铜和铜锌固溶体具有较强的锌结合能力，能有效降低锌的成核过电位，使锌沉积均匀。此外，这种分级的Cu NBs@NCFs基质可能促进更多暴露的(002)面沉积Zn，有利于获得光滑致密的Zn镀层。
3）实验结果显示，Cu NBs@NCFs主体可以在5 mA cm-2下维持超过1000次循环，具有高CE的Zn电镀/剥离。此外，Cu NBs@NCFs-Zn对称电池在2 mA cm-2和1 mAh cm-2的容量下表现出超过450 h的长期循环寿命和低电压滞后。当与Mn2O3-ZnMn2O4正极结合时，组装的全电池显示出低极化、良好的倍率性能和2000次循环的良好耐久性。
这项工作有望为下一代可充电电池的无枝晶和稳定的ZMA的3D亲锌基质的设计和开发提供有价值的见解。
参考文献
Yinxiang Zeng, et al, Nitrogen-Doped Carbon Fibers Embedded with Zincophilic Cu Nanoboxes for Stable Zn Metal Anodes, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202200342
https://doi.org/10.1002/adma.202200342
