水系锌离子电池凭借高安全性、资源丰富和低成本优势，成为极具前景的电化学储能体系，但其实际应用受限于锌负极的枝晶生长、析氢反应和腐蚀等界面问题。针对MXene前驱体MAX相中“A”元素在刻蚀过程中的原子利用率低下以及水系锌离子电池负极副反应等问题，太阳成集团tyc33455刘洋副教授、原长洲教授团队设计了一种高原子利用率的创新气相氟化策略，通过原位转化限域于V₂C层间的锌原子，成功将V₂ZnC MAX相前驱体转化为ZnF₂/V₂CT_x复合结构。该体系充分发挥ZnF₂的疏水特性与快速Zn²⁺传输能力，结合V₂CT_x的高电子传导性及优异锌亲和性，在抑制锌枝晶生长方面表现出色。所制备的ZnF₂/V₂CT_x@Zn负极展现出卓越性能。进一步采用气相氧化策略，以V₂ZnC MAX相为原料合成含钒酸锌（ZVO，Zn₂V₂O₇和ZnV₃O₈）正极材料。所组装的ZVO//ZnF₂/V₂CT_x@Zn全电池，在兼具出色倍率性能的同时展现出长循环稳定性，为锌基电池的设计提供了新思路。相关工作以“Gas-Phase Conversion Promising Controlled Construction of Functional ZnF₂/V₂CT_x for Stabilizing Zn Metal Anodes Toward Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202503212）上，太阳成集团tyc33455硕士研究生高新月为第一作者，刘洋副教授、原长洲教授为通讯作者，太阳集团tyc33455官网为第一完成单位。

图1 基于“气固反应”构筑高原子利用率的水系锌离子电池正负极材料

传统的MAX相材料的原子利用率较低，而气固反应的原位转化策略为实现MAX相的高原子利用率提供了新的思路（图1）。通过高效气固反应策略构筑了水系锌离子电池的正负极材料：一方面，通过气相氟化策略原位转化限域于V₂C层间的锌原子，成功将V₂ZnC MAX相前驱体转化为亲锌疏水的ZnF₂/V₂CT_x杂化结构；另一方面，通过气相氧化策略构建了具有良好锌离子存储能力的ZVO材料（图2）。

图2 高原子利用率气相转化策略及相应ZnF₂/V₂CT_x产物的结构表征

与裸锌电极相比，ZnF₂/V₂CT_x@Zn电极展现明显的表面疏水特性。此外，ZnF₂/V₂CT_x涂层可有效抑制副反应产物（Zn(OH)₂(ZnSO₄)₃·5H₂O）的生成，表明其具备优异的抗化学腐蚀能力。因此，ZnF₂/V₂CT_x涂层可有效抑制锌枝晶的生成（图3）。

图3 ZnF₂/V₂CT_x涂层的抗腐蚀能力并抑制枝晶生长

对循环前后的极片进行分析发现，ZnF₂/V₂CT_x@Zn电极循环后表现出密集而平坦的沉积层（图4）。裸露的Zn失去了金属光泽，变的斑驳。随后，对裸Zn和ZnF₂/V₂CT_x@Zn电极进行XRD检测，发现ZnF₂/V₂CT_x@Zn电极中（002）晶面的衍射峰强度显著增强。ZnF₂/V₂CT_x@Zn的I₍₀₀₂₎/I₍₁₀₀₎比值从0.87增加到2.62，而裸Zn仅从0.83增加到1.47。说明ZnF₂/V₂CT_x@Zn诱导了锌沿（002）晶面优先沉积，从而实现稳定且无枝晶的锌负极。

进一步电化学行为分析发现，ZnF₂/V₂CT_x@Zn的析氢过电位，腐蚀电流以及腐蚀电压均优于对照样品，表明其抑制析氢反应和减缓自腐蚀速率的效果（图5）。结合密度泛函理论计算，进一步验证了其亲锌性、疏水性及快速离子传输特性可有效抑制析氢反应并促进锌的均匀沉积。

图4 锌沿（002）晶面沉积

图5 ZnF₂/V₂CT_x涂层的亲锌疏水性并抑制副反应

对称电池测试结果表明ZnF₂/V₂CT_x的亲锌性与疏水性，有效抑制了枝晶的生长以及析氢反应、腐蚀等副反应的发生，有效提升了锌负极的可逆性，展现了优异的循环稳定性，延长了电池的循环寿命（图6）。进一步，以ZVO为正极材料，ZnF₂/V₂CT_x为负极材料组装的全电池，表现出优异的性能。ZnF₂/V₂CT_x复合材料有效抑制了电池的自放电行为。同时，ZnF₂/V₂CT_x复合材料提高了电池的循环稳定性和倍率性能（图7）。

图6 对称电池电化学性能测试

图7 全电池电化学性能测试

一审：杨 洋

复审：孟祥谦

终审：侯鹏坤