镁金属因高体积容量、低还原电位以及丰富的自然储量等优势，被认为是后锂电池时代最具应用潜力的负极材料。然而，镁的不均匀沉积和无序剥离行为导致了负极枝晶生长和不可逆的结构损坏等问题，严重制约着镁金属电池的发展和应用。近年来，晶相调控和表界面修饰策略在诱导金属均匀形核/沉积和抑制枝晶生长等方面受到了广泛关注。但是，这些改进策略往往存在耐久性差、制备工艺繁琐等问题，阻碍了金属电池的实用化进程。针对以上问题，西北工业大学黄维院士团队艾伟教授课题组通过一步酸刻蚀策略，构建了一种具有高(002)晶面暴露比的镁纳米片阵列（称为(002)-Mg），实现了镁的均匀形核和致密沉积，显著提升了镁金属电池的循环稳定性（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202407770）。

（具有高(002)晶面暴露比的镁纳米片的制备及表征）

(101)和(100)晶面的高表面能使得其优先与氢离子发生反应，从而实现了(002)晶面的高暴露和纳米片阵列结构的构筑。XRD、2D WAXS和SEM表征有力地证明了(002)-Mg所具有的高(002)晶面暴露比和纳米片阵列结构的属性。

（(002)-Mg与(101)-Mg的吸附能、镁沉积过程对比）

通过吸附能计算、SEM表征、原位光学检测和相场模拟，研究了晶面结构和表面形态对镁沉积行为的影响作用：具有高堆积密度、弱晶体活性和低镁原子吸附能的(002)晶面可以诱导镁的均匀形核和致密沉积，减少副反应的发生；纳米片阵列结构可以调控电极表面的电场分布和离子通量，提高离子传输动力学。以上特性显著提升了(002)-Mg电极的镁沉积/剥离可逆性。

（(002)-Mg与(101)-Mg电化学性能对比）

最终，该(002)-Mg电极在镁金属电池中表现出了优异的电化学性能，所组装的软包电池展现出了巨大的实用化潜力。该工作通过调控镁的晶体结构和表面形态，为镁金属电池的发展和应用提供了新的见解。

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202407770

（文字：毕经煊 审核：王学文）