近日，無碼a片材料学院23级直博生以第一作者在国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》发表题为“Grain boundary engineering enables (002)-textured zinc metal anodes with superior reversibility under ultra-high current density”的研究性论文。無碼a片为第一单位，指导老师为操光辉教授和程红伟教授。
水系锌离子电池因其本征安全、环境友好和成本低廉等优势，使其成为大规模可再生能源存储的有力候选者。然而，不可控的枝晶生长和界面副反应严重阻碍了其商业化进程。研究表明，构建以（002）晶面为主的织构锌负极能有效提升其可逆性和稳定性，这归因于（002）晶面具有原子级平整表面和均匀的电流分布，且表面能最低。但即使实现了（002）织构，其晶界区域的高反应活性仍会加剧副反应，一旦反应开始就可沿晶界向材料内部扩展，导致严重的晶间腐蚀，最终破坏锌沉积/剥离的均匀性。因此，在调控晶面取向的同时，如何钝化并强化晶界，成为提升（002）织构锌负极电化学性能，特别是高倍率长循环稳定性的关键科学问题。
图1 Bare Zn、Bi@ Bare Zn、Zn(002)和Zn(002)/Bi负极示意图
基于此，该论文提出了一种化学置换与热处理的协同策略，成功将金属Bi引入（002）织构锌的晶界中。（002）织构为Bi偏析提供能量和结构上有利的途径，而Bi填充则从化学上钝化、机械上强化了晶界，从而在循环过程中维持了织构特征。理论计算与实验证实，Bi的引入有效抑制了晶界副反应，降低了去溶剂化和成核势垒，增强了Zn2+传输动力学，促进了均匀的锌沉积，并在40 mA cm-2的超高电流密度下，Zn(002)/Bi对称电池实现了4800小时（约96000次循环）的超稳定循环，累计沉积容量高达96 Ah cm-2。匹配高负载正极（29.73 mg cm⁻⟡，N/P=4.18），在0.5 A g-1下循环200次后仍能保持87.57%的容量。这项研究通过协同调控晶界结构与晶面织构，构建了高稳定（002）织构锌负极，为高性能水系锌离子电池的研制提供了重要的参考依据。
图2 锌负极实现单一织构与晶界强化的协同及其电池性能展示
面向国家新能源战略需求，近期团队围绕新能源材料与电化学储能研究方向取得了一系列鼓舞人心的研究成果（Energy Storage Materials, 2026, 84, 104887; Energy & Environmental Science, 2025, 18: 7555-7567；Energy Storage Materials, 2025, 82: 104652; Energy Storage Materials, 2025, 81: 104508; Energy Storage Materials, 2025, 75: 104022；Nature Communications, 2025, 16: 6134； ACS nano, 2025, 19: 27424-27439; Small, 2025, 21: e07546; Chemical Engineering Journal, 2025, 514: 163267; Chemical Engineering Journal, 2025, 522: 168243; Chemical Engineering Journal, 2026, 529, 172666）。相关工作得到国家自然科学基金（52574471, 52404423, 52334009）、上海市自然科学基金（23ZR1421600）等资助。
论文下载链接：https://doi.org/10.1039/D5EE06795B
