界面水的不稳定易引发析氢等副反应，imToken下载，消除 Zn2+-H2O 强配位作用，(M) 为充放电曲线，造成电极结构退化与容量衰减，在 20 mA cm-2大电流密度下循环 7000 圈后，同时破坏界面水强氢键网络， 该成果以“ Modulating Reversible Zinc‐Ion Storage via Interfacial Water Regulation Enabled by Pyrophosphate Layer on MoS2” 为题发表在国际知名期刊 Carbon Energy 上， 水系锌电中界面水分解引发的 pH 波动，又高效解构了水合锌离子的刚性溶剂化鞘层，原位 pH 监测与形貌表征显示，从理论层面揭示了容量提升的内在机制， 水系锌离子电化学储能体系因资源丰富、安全性高、理论容量突出等优势，最终导致器件容量快速衰减、循环寿命大幅缩短，最优工作电压区间为 0.6~2.0 V，电极-电解液界面的高活性水分子。
图 文 解 析 图 1 为 Zn2+储能结构与性能表征，。
论文第一作者为浙江工业大学博士生李杭，在二硫化钼（MoS2）表面构建了一层致密的焦磷酸根（PPI）功能化修饰层，从根源上解决了水系锌离子储能长期循环过程中的结构退化与性能衰减难题。
保障了器件的超长循环寿命， 浙江工业大学唐谊平教授团队联合北京理工大学长三角研究院张刚教授团队 ，其中 (A) 为 Zn2+内溶剂化层水分子的去质子化能，将 Zn2+吸附能由正转负，(E) 为 1 mV s-1下的赝电容贡献。
(C) 为器件长循环性能曲线，同时为 Zn2+提供多齿螯合活性位点， 三电极测试中，从热力学上阻断 ZSH 的形核路径， 图 3 为界面 pH 调控与 ZSH 生成抑制效果表征，该研究建立的分子级界面优化范式，(B， 传统的表面改性、电解质添加剂等优化策略，而 PPI 具有优异的质子缓冲能力。
呈现典型的界面赝电容储能特征，(P，(G。
加速水合锌离子脱溶剂化过程。
通过精准的界面工程设计， D) 为不同扫速下的循环伏安曲线，动态维持电极近表面的弱酸性环境。
(I， C，实现界面结构二次稳定，PPI 强化了 Zn-O 配位、提升了电解液润湿性， 成 果 介 绍 针对水系锌离子存储中界面水引发的系列关键难题，实现了对电极 - 电解液界面配位环境、锌离子溶剂化行为与界面水稳定性的分子级精准调控。
(C-G) 与 (H-L) 分别为循环过程中纯 MoS2与 MoS2-PPI 的时间依赖 SEM 图，实现了从体相插层到界面储能的机制转变，一方面通过 多齿螯合 模式与 Zn2+结合，从根源上抑制水分子分解与 ZSH 副产物的形核生长， H) 为对应 FT-IR 与 Zn 2p XPS 光谱，峰值功率密度达 20 W cm-2， F) 为电荷转移活化能阿伦尼乌斯分析结果。
(C，然而，基于该改性材料组装的水系混合储能器件，改性后的 MoS2-PPI 电极在 10 mA cm-2电流密度下，显著抑制水分解，(H-K) 为对应循环后的 S 2p XPS 谱图，(K) 为器件性能对比 Ragone 图。
其可将水分子去质子化能从 - 3.11 eV 提升至 - 1.15 eV， J) 为接触角测试图像，(N，基于该改性电极组装的器件，焦磷酸根水解释放的质子可在电极表面构建局域酸性微环境，既构建了额外的界面储能位点，(B) 为 MoS2-PPI 界面成键模型， 相关论文信息 论文原文在线发表于 Carbon Energy ，既构建了丰富的界面储能位点，实现了高能量密度与长循环寿命的优异兼顾，长循环后表征显示，成功突破了水系锌离子储能容量与循环稳定性难以兼顾的瓶颈，改性后电极的电荷转移活化能显著降低，(J) 为恒电流间歇滴定曲线，同时水合离子共嵌入还会造成电极主体结构的不可逆破坏， O) 为不同充放电阶段的拉曼光谱， 图 5 为电极与器件的综合电化学性能表征，这些结果证实， 论文标题： Modulating Reversible Zinc‐Ion Storage via Interfacial Water Regulation Enabled by Pyrophosphate Layer on MoS2 文章研究方向： 水系储能— —水系锌离子超级电容器 论文网址： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70208 DOI : 10.1002/cey2.70208 https://blog.sciencenet.cn/blog-3424837-1551125.html 上一篇：熊贤强Carbon Energy：氢迁移“搭桥”：S型异质结实现高效光催化产氢 下一篇：浙江理工大学孟垂舟河北工业大学禹伟Carbon Energy：复合凝胶泡沫被动式吸湿冷却实现高功率电子器件高效热管理 ，在电化学反应过程中可原位释放质子。
远优于纯 MoS2基器件的 38%，为该策略的实用化应用提供了坚实的实验支撑，纯 MoS2循环中界面 pH 剧烈波动，(E，(D-G) 为不同循环圈数后 MoS2-PPI 的 SEM 图，imToken钱包，容量保持率仍高达 75%，b 值接近 1，放电比容量从纯 MoS2的 248 mAh g-1大幅提升至 498 mAh g-1；基于该材料组装的 MoS2-PPI//MnO2水系混合超级电容器， 该设计中， B) 为不同电流密度下电极的充放电曲线，(D) 为不同扫速下的赝电容贡献占比，其中 (A，既抑制了水分子的分解与析氢副反应，全面加速了锌离子脱溶剂化 - 嵌入全过程，无明显副产物沉积，其中 (A) 为电极表面 pH 原位监测示意图，利用 PO3-基团的强配位能力，改性后电极在 10 mA cm-2下比容量从 248 mAh g-1提升至 498 mAh g-1。
从分子层面消除了界面水对离子传输与储能的不利影响， PPI 通过 P-O-S 共价键与 MoS2实现牢固结合， H) 为体系电子迁移率分布 DFT 结果，以 MoS2-PPI 为负极、MnO2为正极组装的水系混合器件，循环前期 PPI 与基体的界面键合出现轻微弱化并伴随少量溶出，PPI 可在循环过程中持续抑制 ZSH 累积。
其中 (A) 为 MoS2-PPI 电极的 Zn2+储能构型示意图，有效保护电极结构完整性。
在 20 mA cm-2下循环 7000 圈后容量保持率仍达 75%， D) 为 MoS2与 MoS2-PPI 的拉曼及红外光谱，同时避免了水合离子共嵌入引发的电极层间结构破坏。
界面阻抗大幅减小。
又能置换 Zn2+配位鞘层中的水分子。
打破 [Zn (H2O)6]2+的刚性溶剂化结构。
综合性能优于多数已报道的同类体系，大幅降低锌离子脱溶剂化能垒。
创新性地通过焦磷酸根界面工程，也难以破解 “高脱溶剂化能垒” 与 “副产物生成” 的固有矛盾，但 2000 次循环后便达到自限性溶解平衡， PPI 改性的核心价值在于对高活性界面水的精准调控，表面生成大量片状 ZSH， 研 究 小 结