由于具备安全性高、成本低、能量密度/功率密度高、环境友好等优势，水系锌离子电池在新型可充电电池中极具竞争力。研究发现，调控锌金属的晶体取向以暴露更多的锌（0002）平面是实现锌负极长效循环的有效策略。尽管通过电解液组分优化和电极工程能够在一定程度上提升锌负极中（0002）晶面的暴露，但制备仅具有单一（0002）平面的锌金属负极并维持持续的锌离子定向成核仍面临严峻挑战。

同济大学化学科学与工程学院刘明贤教授团队近期报道了一种单一（0002）晶面暴露的锌负极，从根源上消除了晶格错位。该负极由黄铜箔，金属有机框架Cu₃(C₆O₆)₂膜和电沉积的锌层构成。黄铜箔与电沉积锌层之间的低晶格失配度（4.24%）使得成核的锌能够沿着（0002）面生长，而多孔Cu₃(C₆O₆)₂膜加速了锌离子去溶剂化过程，实现了持续的（0002）织构定向生长和高效的负极可逆循环，相关成果以“Single Exposed Zn（0002）Plane and Sustainable Zn-Oriented Growth Achieving Highly Reversible Zinc Metal Batteries”为题发表于国际知名期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。

实验和理论分析表明，所制备的负极对锌离子的定向调控使得负极/电解液界面电荷分布更均匀，有利于负极的外延生长。

扫描隧道电镜和原位XRD表征证明，所制备的负极具有单一（0002）织构的特征，且在后续的循环过程中该外延生长机制仍然存在。

塔菲尔曲线和原位气相色谱等测试表明，单一（0002）平面暴露的锌负极延缓了负极表面的析氢反应和电化学腐蚀速率，从而抑制了枝晶生长。

电化学研究表明，单一（0002）平面暴露的锌负极调控了锌离子的沉积/成核过程，提高了锌离子在电极/电解液界面的沉积/剥离效率，无论是对称电池还是全电池都表现出优异的循环稳定性。这项工作为设计单一（0002）织构的锌负极并保持持续的锌离子定向成核提供了新策略。

刘明贤教授为论文通讯作者，化学科学与工程学院博士研究生张达为论文第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委和中国博士后科学基金会资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202414116