可充电水相锌离子电池具有高能量密度、低氧化还原电位、低成本和高安全的优点，然而其循环性能严重不足的缺点制约了该领域的研究进展。

近日，中国科学院化学研究所研究员、山东大学讲席教授李玉良院士和山东大学薛玉瑞教授巧妙利用石墨炔富炔结构、空间限域及其与金属原子之间的不完全电荷转移效应，实现了Zn电极从“金属原子”到“团簇”、“纳米平面”再到“异质界面”的逐步可控生长。这也是迄今为止发现的第一种可以控制实现金属电极从“原子尺度到超平面结构”可控生长的材料，为实现高稳定性锌负极的制备提供了新策略。通过将锌原子锚定在石墨炔上获得的水相锌离子电池电极具有优异的电镀/剥离可逆性和使用寿命，即使在高电流密度下也没有任何锌枝晶和副反应。

相关研究成果以“Step by Step Induced Growth of Zinc-Metal Interface on Graphdiyne for Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题发表在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，并入选ESI高被引论文和热点论文（Hot Paper）。文章第一作者栾晓雨是山东大学物质创制与能量转换科学研究中心博士研究生。

图1：（a）Zn/GDY电极的制备流程及可逆沉积-剥离过程示意图；（b）进行Zn沉积后Zn/GDY电极的截面扫描电镜图片和元素分布。

图2：Zn沉积过程中（a-d）Zn原子，（e-h）Zn纳米簇，（i，j）Zn纳米平面和（k, l）Zn/GDY异质界面的高倍电镜图片。

图3：(a, b)锌箔和(c, d) Zn/GDY电极的光学和扫描电镜图片。(e-g) 锌箔和Zn/GDY沉积过程示意图。(h, i) 锌箔和(j, k) Zn/GDY电极循环10次和500次后的扫描电镜图片。(l, m) 10 mA cm^-2与30 mA cm^-2的电流密度下Zn与Zn/GDY电极对称电池循环曲线(n)循环性能与已报道性能的比较。

综上所述，研究者提出了一种新的逐步可逆诱导金属纳米结构生长的方法，并首次实现了从金属原子生长到大面积有序结构异质界面的可控诱导生长，抑制了锌枝晶的形成和副反应的发生，从而使对称电池具有较高的电镀/剥离可逆性和寿命，在10.0 mA cm^-2和30.0 mA cm^-2的电流密度下，组装的对称电池实现了超过16000圈和3800圈的长循环稳定性。这种简单高效的电极可控制备策略为新一代水系锌离子储能提供了一种新思路。

上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等多个项目资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215968