化材学院王宏飞博士在Angewandte Chemie International Edition和Advanced Functional Materials上发表论文

近日，化材学院王宏飞博士在国际知名学术期刊 Angewandte Chemie International Edition 在线发表研究论文“An oligomeric additive bridges inner and outer Helmholtz planes to enable reversible Zn anodes via spatial and functional decoupling”。Angewandte Chemie International Edition 是化学领域最具影响力的刊物之一，为中科院分区一区Top期刊，最新影响因子为16.1。浙江师范大学为第一通讯单位，王宏飞博士为通讯作者，化材学院2023级硕士研究生王燕靖和2024级博士研究生周乐为论文第一作者。水系锌离子电池因成本低、安全性高且环境友好，在大规模储能领域极具应用前景。然而，锌负极在循环过程中面临枝晶生长、析氢反应以及腐蚀钝化等严重问题，这些问题主要由电极/电解液界面处的电双层结构不稳定所致。传统小分子添加剂通常仅能吸附于内亥姆霍兹层，虽可局部置换水分子并抑制副反应，但对范围更广的外亥姆霍兹层调控能力不足，难以有效促进Zn2+去溶剂化和均匀沉积，导致循环寿命有限。鉴于此，该工作提出分子低聚化设计策略，合成具有大尺寸疏水骨架及丰富官能团的低聚物添加剂低聚变色酸钠，实现内外赫姆霍兹层的协同调控，从而全面提升界面稳定性与锌沉积可逆性。其中，低聚物添加剂扩展的疏水萘骨架可调控外赫姆霍兹层并形成贫水界面层。酚羟基双齿螯合锚定锌表面，磺酸基与额外酚羟基则可排斥SO42–并缓冲内赫姆霍兹层的pH，实现空间与功能的协同解耦。该设计显著优化了Zn2+传输动力学，使Zn//Zn对称电池在1 mA cm–2/1 mAh cm–2下循环寿命超4300小时，放电深度达85.6%。经该添加剂优化调控，全电池在高正极负载量与软包电池中分别保持88.8%与96.5%的容量保持率。该工作为实用化水系锌离子电池的界面工程设计提供了新范式。此外，王宏飞博士还在国际知名学术期刊Advanced Functional Materials 在线发表综述论文“Engineering polyacrylamide-based hydrogel electrolytes for Zn-ion batteries: A functional modification framework bridging mechanisms and performance”。Advanced Functional Materials 是材料科学领域最具影响力的刊物之一，为中科院分区一区Top期刊，最新影响因子为19.9。浙江师范大学为第一通讯单位，王宏飞博士为通讯作者，化材学院2024级硕士研究生谢凯韩为论文第一作者。聚丙烯酰胺（PAM）凭借其丰富的酰胺官能团、合成路线简便、原料成本低廉以及三维网络结构的可设计性，已被公认为构建高性能水系锌电池电解质的理想骨架材料。然而，原始PAM水凝胶的本征缺陷，包括离子传导能力不足、力学强度欠缺及界面稳定性欠佳，严重制约了其直接应用。为突破上述局限，近年来针对PAM基水凝胶电解质的研究迅速兴起。初期工作集中于基础材料开发，验证了交联PAM作为柔性防水电解质的可行性；继之，双网络等互穿结构及纳米增强填料的引入，使材料的力学性能和抗疲劳能力获得显著提升，有效抵御了锌枝晶的刺穿。针对离子选择性不足，研究者则通过PAM网络微环境的化学调控，发展出单离子传导水凝胶或有序离子通道结构，提升锌离子迁移数。当前，研究重心正逐步向多参数协同优化与场景导向型设计转移，旨在实现离子电导率、力学性能、电化学稳定性与环境适应性的综合平衡。在此背景下，该论文系统梳理了PAM基水凝胶电解质的功能化改性进展，深入阐释了性能优化的内在机制，并对下一代柔性、安全、长寿命锌离子电池的设计路径进行了前瞻性论述。相关研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和金华市重大科技计划等经费资助。编辑：武艳