近日，北京化工大学王峰教授/李志林教授/牛津副教授团队在国际知名期刊Advanced Science 上发表了题为“Insight into Sulfur‐Containing Zwitter‐Molecule Boosting Zn Anode: from Electrolytes to Electrodes”的研究工作。该工作采用一种含硫的两性分子（甲硫氨酸，Met）作为添加剂，有效改善了硫酸锌电解液，显著提升了金属锌负极的性能。

该工作通过详细的实验分析和理论计算，揭示了Met从电解液到电极所发挥的不同作用：在电解液中，Met不仅能通过羧基（─COOH）降低锌离子溶剂化结构中H₂O分子的配位数，还能通过氨基（─NH₂）和硫醚键（C─S─C）促进去溶剂化过程，从而增强Zn²⁺的传输并抑制HER。在锌负极上， Met中的硫醚（C─S─C）被电化学氧化成亚砜或砜（C─SO_x─C），进而被优先吸附在Zn(002)晶面上，形成亲锌的梯度保护层，抑制腐蚀反应并引导锌的均匀沉积。基于此，改性后的电解液实现了优异的半电池和全电池性能，对称电池在2 mA cm^-2/1 mA h cm^-2的条件下能够稳定运行3750小时，即使在30 mA cm^-2/30 mA h cm^-2的极端条件下也能够稳定运行110小时；组装的全电池在低N/P比条件下表现出105.30 W h kg^-1的高能量密度和良好的循环性能。该工作不仅为含硫两性分子改性锌负极的机理提供了新见解，也为实用型水系锌金属电池的开发提供了新策略。

含硫两性分子作为硫酸锌电解液添加剂的改性机理示意图

材料学院博士生宋威豪和硕士生刘嘉星为论文的共同第一作者，王峰教授、李志林教授、牛津副教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本业务费等项目的资助。

文章信息：Weihao Song^#, Jiaxing Liu^#, Shengpu Rao, Ming Zhao, Yanqun Lv, Shunshun Zhao, Qing Ma, Bing Wu, Chengjin Zheng, Shimou Chen, Zhilin Li*, Jin Niu*, Feng Wang*, Insight into Sulfur‐Containing Zwitter‐Molecule Boosting Zn Anode: from Electrolytes to Electrodes, Advanced Science, 2024, 202400094.

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400094.