水系锌离子电池（AZIBs）因其安全性高、成本低廉和环境友好等特点，在大规模储能领域具有广阔前景。然而，其正极材料常面临结构退化快、离子扩散动力学缓慢等问题，制约了电池的实际应用。近年来，非晶材料因其结构柔性和丰富的活性位点备受关注，但其本征导电性差、循环稳定性不足等问题仍未得到根本解决。因此，如何协同调控材料结构与界面性质，实现高容量、高倍率与长循环的兼顾，成为该领域的研究难点与热点。

近日，西北工业大学黄维院士团队刘正清副教授课题组提出了一种新颖的胶体化学合成策略，通过协同非晶化与界面金属化，成功构建了核壳结构的非晶Mn(VO₃)₂@原子层半金属相1T′-MoS₂（a-MVO@MoS₂）复合正极材料。该研究为设计高性能AZIBs正极提供了新的材料设计思路。相关论文以题为“Synergistic Amorphization and Interfacial Metallization Activates a Mn(VO₃)₂ Cathode with a Tailored Atomic-Layer Semimetallic 1T′-MoS₂ Interphase for Advanced Aqueous Zinc-Ion Batteries”发表在Nano Letters上。

在这项工作中，团队通过胶体化学“热注射法”，在10分钟内同步实现了晶体Mn(VO₃)₂的非晶化转变与表面原子层1T′-MoS₂的原位生长。该1T′-MoS₂壳层不仅作为导电网络大幅提升了电子传输能力，还通过界面电荷转移诱导并稳定了非晶核的结构。实验表明，a-MVO@MoS₂的电导率相较于c-MVO提升了10⁶倍。a-MVO@MoS₂正极在0.5 A g⁻¹电流密度下比容量达到205.68 mAh g⁻¹，是c-MVO的40倍以上；在10 A g⁻¹高电流下循环5000次后，容量保持率仍高达87.64%。理论计算进一步揭示，Zn²⁺在该异质结构中的扩散势垒仅为1.08 eV，远低于c-MVO的3.71 eV，表明其具有极快的离子传输动力学。

该工作通过非晶框架提供柔性离子通道与半金属界面保障高效电子传导的协同机制，成功解决了传统正极材料中离子扩散与电子传导之间的固有矛盾，为发展高倍率、长寿命AZIBs提供了新的设计思路。

上述工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金的支持。

文章链接：Nano Letters https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c04625

（文字：刘正清 图片：刘正清 审核：王学文）