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可逆鋅負極的突破！2D 金屬-有機骨架 (MOF) 離子篩界面原位生長

在水系鋅電池的世界裡，安全、低成本、環保一直是它的優勢。

但困擾科學家的最大問題，是——鋅枝晶生長與副反應，這兩大挑戰嚴重縮短了電池壽命。

近期，香港科技大學 趙天壽教授團隊 發表於 Energy & Environmental Materials（2024, DOI: 10.1002/eem2.12769）的研究，提出了一種創新解方：

在鋅表面「原位生長」一層 2D 金屬-有機骨架 (MOF) 離子篩界面層，有效調控 Zn²⁺ 的傳輸與沉積行為。

 

技術亮點

研究團隊採用 凝膠蒸氣沉積法 (GVD)，在鋅金屬表面生成約 1 µm 厚的 Zn₂(bim)₄ 納米片膜。

這層膜的孔徑僅約 2.1 Å（0.21 nm），如同「分子級篩子」：

能篩除大尺寸的水合離子團

僅允許部分去溶劑化的 Zn²⁺ 通過

讓金屬鋅沉積更加均勻、平滑

結果令人驚艷：

• Zn@Zn₂(bim)₄ 對稱電池 在 0.5 mA/cm² 下穩定運作超過 1000 小時（裸鋅僅約 250 小時）

• Zn@Zn₂(bim)₄ // MnO₂ 全電池 在 1 A/g 下循環 1200 次後仍保持高穩定性

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研究重點與應用啟發

這項成果展現了 MOF 在「界面離子調控」的巨大潛力。

傳統電池多從電解液與添加劑著手，但這項研究從「金屬表面結構」出發，透過 MOF 的有序孔徑實現離子選擇性傳輸，

可望為高效水系金屬電池開啟全新方向。

對景明化工而言，這項技術提供了界面工程與高性能電極材料的新契機：

• 可延伸至鋅離子電池、鈉離子電池與鋁電池研究

• 與學研單位合作開發 MOF 表面改質與電極塗層技術

• 支援實驗室與客戶的電化學測試、電解液與膜材料應用

• 推動材料客製化與綠色能源轉型

 

實驗關鍵試劑清單（參考用）

• 鋅粉／鋅片（Zinc metal） — CAS 7440-66-6

• 苯並咪唑（Benzimidazole, bim） — CAS 51-17-2

• 鋅-苯並咪唑骨架 Zn₂(bim)₄（Zinc benzimidazolate framework） — CAS 909531-29-9（類似結構）

• 硫酸鋅（Zinc sulfate, ZnSO₄） — CAS 7733-02-0

• 二氧化錳（Manganese dioxide, MnO₂） — CAS 1313-13-9

• 去離子水（Deionized water, H₂O） — CAS 7732-18-5

• 乙醇（Ethanol, C₂H₅OH） — CAS 64-17-5

• N,N-二甲基甲醯胺（Dimethylformamide, DMF） — CAS 68-12-2

• 凝膠蒸氣沉積前驅物（GVD precursors）— 依實驗條件而定，可為有機溶膠或 Zn 鹽混合物

 

參考來源

Energy Environ. Mater. (2024) DOI: 10.1002/eem2.12769

香港科技大學 趙天壽教授團隊

 

景明化工 ECHOchemical

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