水系锌离子电池（AZIBs）的发展依赖于高性能正极材料的开发，这些正极需要具备高容量、快速充电和长寿命等特性。然而，现有正极设计往往难以同时满足这些要求。
在此，深圳大学张培新、王艳宜、马定涛等人通过物理气相传输法定制的高结晶材料，实现了独特的VSSe-V₂O₅核壳复合材料的设计，其具有晶态-非晶态特性，该特性是通过电化学扫描VSSe形成非晶态异质表面实现的。
具体而言，金属VSSe核的优越导电性直接促进了快速电子转移，同时非晶态V₂O₅壳层展现出显著的亲水性和亲锌性特质，增强了锌离子的自发吸附。在异质界面处，VSSe和V₂O₅之间的相互作用产生独特的内建电场，增强了从核向外的整流行为。
得益于这种晶态-非晶态核壳异质结构，该电极展现出卓越的倍率性能，在超高电流密度50 A g⁻¹下放电容量可达162 mAh g⁻¹。此外，其在30 A g⁻¹下可实现176 mAh g⁻¹的比容量，并具有显著的17000次循环寿命以及93%的容量保持率。
图1. 电池性能
总之，该工作报道了通过物理气相传输法定制的高结晶度VSSe材料，实现了晶态-非晶态VSSe-V₂O₅核壳整流异质结构的可控相变，用于水系锌离子电池。独特的非晶态V₂O₅壳层提供了丰富的氧化还原活性位点，增强了离子传输；而晶态VSSe核确保了持续的电子传导和结构稳定性。密度泛函理论（DFT）计算阐明了晶态-非晶态异质结的内建电场能够增强界面反应动力学。
基于此，该电极在0.1-1.8 V的电压窗口下展现出卓越的倍率性能（从1 A g⁻¹到50 A g⁻¹的容量保持率为67.9%）以及出色的长循环稳定性（在30 A g⁻¹下17000次循环后容量为176 mAh g⁻¹），优于大多数已报道的正极材料。
这种优异的Zn²⁺存储性能应归因于晶态-非晶态异质结中形成的莫特-肖特基效应，该效应能够产生界面协同机制，形成独特的内建电场以增强内部和外部的整流效果。因此，该工作有望为设计用于先进储能系统的高性能电极提供新的思路。
图2. 机制探究
Customizable Crystalline-Amorphous Rectifying Heterostructure Cathodes for Durable and Super-Fast Zinc Storage, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee00304k
张培新，二级教授，博士生导师，广东省“千百十人才工程”省级培养对象, 亨受深圳市政府特殊津贴专家，深圳市优秀教师，深圳市高层次专业技术领军人才（地方级），深圳大学首批优秀学者，西安建筑科技大学兼职教授、博士生导师，广东省柔性可穿戴能源与器件工程技术中心主任，深圳市环境化学与生态修复重点实验室主任，曾任化学与环境工程学院院长。在《Adv. Mater.》、《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Chem. Soc. Rev.》、《Adv. Ener. Mater.》、《Adv. Funct. Mater.》等学术期刊上发表论文360多篇。