水系锌离子电池因具有高安全性、低成本及环境友好等优势，是大规模储能领域极具前景的电池体系。然而，锌负极在实际运行中易受到Zn2+传输不均匀及水诱导副反应的影响，从而引发枝晶生长、析氢、腐蚀及副产物积累等问题，严重制约了电池的循环稳定性。Zr-MOF人工保护涂层因其稳定的Zr-O键，可在恶劣的水性环境中表现出优异的化学和机械稳定性而广受关注，但是目前对Zr-MOF功能性官能团的调控设计所涉及的基本机制仍然不明确。
为解决这些挑战，我校赵毅研究员团队创新性地提出了一种基于d-p轨道杂化定制电子-物理双防护层的电子结构调控策略用于高度稳定的锌金属负极。以一系列UiO-66衍生物（-NH2、-COOH和-F4）作为模型平台，研究发现，高度氟化的UiO-66-F4实现了最显著的d-p轨道杂化，从而在框架内引发了空间电荷极化，进一步构建了MOF内部连续的超极化富电子通道，这种独特的静电微环境可显著促进Zn2+吸附，加速脱溶剂化过程，实现均匀的离子通量，并选择性排斥SO42-，同时促进离子的快速传输。此外高度氟化的框架本身具有优异的疏水性，可有效抑制大量活性水的渗透。通过将这种稳定的电子调控与物理疏水性相结合，成功构建了UiO-66-F4防护层独特的电子-物理双重屏蔽结构，有效抑制了枝晶生长和H2O引发的副反应。在5 mA cm-2电流下，Zn@UiO-66-F4对称电池展现出长达3600小时的循环寿命。即使是在90%的深度放电条件下，该电池仍可保持560小时的循环稳定性，该性能显著优于大多数已报道的MOF负极材料。此外，以V2O3@C为正极组装的全电池表现出卓越的循环稳定性和倍率性能，而相对应的柔性袋式电池即使在严重变形下仍能为可穿戴传感系统提供可靠的功率输出，展现出良好的实际应用潜力。d-p轨道杂化调控作为一种强大的范式，用于定制先进功能界面，有效弥合了基础电子结构设计与宏观器件稳定性之间的差距，从而推动高性能水系电池的发展。研究成果以“Customizing Electronic-Physical Dual-Shield Interlayers via d-p Orbital Hybridization for Ultra-Stable Zinc Metal Anodes”为题，发表于材料顶级期刊《Advanced Functional Materials》。
福建师范大学为该研究成果的第一完成单位，赵毅研究员、张亮亮副教授及中科院福建物质结构研究所周天华研究员为该论文的共同通讯作者，我校博士研究生邓晓宵为本文第一作者，博士研究生赵寰宇和博士研究生韩珂为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。
原文链接https://doi.org/10.1002/adfm.79159
