近日，dota2博彩 万初斌、吴渊教授团队在锌离子电池正极材料研究方面取得重要进展。该成果以“Hydration-Driven Structural Heterogeneity for Robust Zn2+ Storage in Vanadium Oxide Cathodes”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19，物理学1区）。第一作者为dota2博彩 博士研究生李瑞凯。
层状V2O5由于其开放结构和多电子反应特性，被广泛认为是极具潜力的水系锌离子电池正极材料。然而，在实际充放电过程中，Zn2+反复插层/脱出易引发晶格畸变与结构相变，导致容量衰减和循环稳定性下降。本研究围绕“水合驱动结构异质化构建”这一核心思路，提出并验证了新的结构调控机制。
基于原位同步辐射光谱和理论计算分析了材料精细化结构和电子轨道转移，发现阳离子Y3+可以促进V t2g到V 3dxy轨道的电子转移，提高锌离子扩散效率。而层间水可以诱导局域结构由[V⁴⁺O₅]转变为[V⁴⁺O₆]，导致单层α-V₂O₅重构为异质双层δ-V₂O₅·nH₂O结构，抑制了Zn²⁺插层/脱出过程中的晶格畸变和相变。
图1. 基于同步辐射衍射，X射线光电子能谱，同步辐射软X射线吸收谱和傅里叶变换红外光谱的晶体层间重构表征
图2.原位同步辐射X射线吸收谱对材料精细化相变过程表征
本工作提出的层间水对五氧化二钒局域结构与储能行为具有独特调控作用，并与阳离子调控机制形成互补关系。其中阳离子Y3+的机制主要涉及V t2g到V 3dxy轨道的电子跃迁，从而在不改变相结构的前提下提升锌离子扩散动力学；相比之下，层间水则通过诱导结构重排，使亚稳态的[V4+O5]金字塔转构型转变为更稳定的[V4+O6]八面体，从源头减少初始相变。此外，水合诱导形成的δ相双层结构能够改变Zn2+的储能机制，缓解循环过程中的“晶格呼吸”效应，从而显著提升循环稳定性。将层间水调控与Y3+掺杂策略相结合，可弥补二者各自局限，实现结构稳定性与动力学性能的协同优化，全面提升材料电化学性能。该研究为水系锌离子电池层间工程与局域结构设计提供了新的理论依据与策略指导。
参考文献
R. Li, R. Zhao, A. Tang, C. Wan, X. Meng, M. Li, X. Hu, H. Zhang, C. Hou, H. Zhang, M. Huang, Y. Wang, X. Ju, and Y. Wu, Hydration-Driven Structural Heterogeneity for Robust Zn2+ Storage in Vanadium Oxide Cathodes. Adv. Funct. Mater. 2025, 2520415.
DOI：10.1002/adfm.202520415
论文链接：//doi.org/10.1002/adfm.202520415
