由主客体相互作用驱动的超分子聚合物（SPs）在过去十年中取得了显著进展，但所涉及的客体分子主要为中性分子或阳离子。基于大环-阴离子相互作用的强效且可靠的超分子聚合反应备受关注，然而这类带有负电荷骨架的超分子聚合物的功能仍未被充分探索。
在此，上海交通大学周永丰、江文峰等人报道了一种新型主客体相互作用，即一个四脲大环与两个有机磷酸根阴离子之间的高亲和力结合（结合常数Ka=1.06×109 M−2 Ka=1.06×109M−2）。该相互作用可作为非共价连接点，高效地将低分子量聚环氧乙烷（PEO）二有机磷酸酯连接成长链线性超分子聚合物。
当作为无负极锂（Li）金属电池的界面层时，该聚合物材料通过静电吸引促进Li⁺的吸收和去溶剂化，并通过聚合物主链中交替排列的阴离子连接点和PEO单元实现Li⁺的快速传输。结果表明，超分子聚合物层能够均匀化Li⁺通量，实现锂的均匀沉积，并将LiFePO₄全电池的电化学性能显著提高285%，循环稳定性超过200次。
图1. 材料制备过程
总之，该工作报道了一种新型阴离子超分子聚合物，并首次证明了其作为界面层在提升无负极锂金属电池性能方面的有效性。该聚合物基于一种新型主客体相互作用，即寡脲大环与有机磷酸根阴离子之间的高结合力（结合常数 Ka=1.06×109 M−2Ka=1.06×109M−2）和1:2化学计量比。研究揭示了基于大环-阴离子相互作用的超分子聚合物在调控Li⁺沉积和剥离过程中的重要作用。
聚合物骨架的负电性及其交替排列的超分子连接点和PEO单元促进了Li⁺从液态电解质到聚合物界面及聚合物内部的快速迁移。高Li⁺密度和迁移率实现了均匀的Li⁺通量、锂的均匀沉积以及电池性能的提升。因此，该项工作为具有新颖结构、功能和应用的阴离子超分子聚合物研究奠定了基础。
图2. 电池性能
Supramolecular Polyanions as Effective Interphase Layers for Anode-Free Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202505794
江文峰 上海交通大学化学化工学院 副教授，主要从事手性聚合物、大环分子合成及手性多级纳米结构构建与应用研究。他于四川大学获学士学位，上海交通大学完成硕士和博士学业，并赴密西根大学联合培养。主持国家自然科学基金优秀青年基金、青年基金等多项科研项目，参与国家重点研发计划等课题。研究方向聚焦功能材料的合成与性能开发。
周永丰，上海交通大学化学化工学院特聘教授、博士生导师，主要从事大分子自组装、细胞仿生和计算机模拟研究。他于哈尔滨工业大学获本科和硕士学位，上海交通大学获博士学位。现任教育部科技委委员，担任《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》副主编及多个期刊编委。曾获国家杰出青年科学基金、”万人计划”科技创新领军人才、上海市自然科学一等奖（第一完成人）及国家自然科学二等奖（第二完成人）等荣誉，学术成果丰硕。