研究背景

在“双碳战略”驱动下，安全、低成本、可持续的大规模储能技术成为研究热点。其中，水系锌碘(Zn-I₂)电池因其高理论容量(820 mAh g⁻¹)、材料丰富性和环境友好性，被认为是最有前景的候选之一。然而，Zn–I₂电池的商业化受制于两个核心问题：多碘离子穿梭效应：充放电过程中生成的I₃⁻、I₅⁻等中间体自由扩散至Zn负极，造成活性物质损失、Zn腐蚀和自放电；动力学受限：传统碳材料、MOF/COF或固体催化剂虽能吸附或催化多碘离子，但往往结合力不足或动力学有限，无法兼顾“稳定性”和“可逆性”。因此，如何同时实现高效多碘离子锚定与快速可逆氧化还原转化，成为Zn–I₂体系能否突破瓶颈的关键。

文章简介

近期，我们提出了一种受点击化学原理启发的分子水平固定化催化策略，超越了传统吸附和多相催化的局限。借鉴点击反应的选择性和高效性，设计了一种源自Cp(Fe(CO)₂)₂的分子催化剂（Fe-Cp），其可形成定向且牢固的Fe–I配位键，将碘物种锁定为稳定的Fe-CpI配合物。除锚定作用外，Fe-Cp还独特地实现了轴向电子转移，促进了可逆的电荷重分布和动态碘氧化还原转化，这是表面限域体系无法达到的。这种双功能机制不仅抑制了多碘化物穿梭，还动态调控了催化界面的电子再分布，从根本上提升了反应动力学。得益于这一设计，Zn–I₂电池在20 A g⁻¹下实现了63000次循环的超长寿命，容量保持率达95%，库仑效率接近100%。值得注意的是，即使在软包Zn–I₂电池中采用20 mg cm⁻²的高载量条件下，该系统仍能保持3.3 mAh cm⁻²的高面积容量，并在2000次循环后容量保持率仍接近100%。

其成果以题为“Click Chemistry-Inspired Fixation Catalysis For Long-Life Zinc-Iodine Batteries”在国际知名期刊Advanced Materials上发表。

文章要点

一、点击式锚定(Fixation)：Fe–Cp与碘形成稳定的Fe–I配位键，牢固锚定多碘离子，显著抑制穿梭效应。

二、轴向电子转移(Catalysis)：Fe–Cp构建轴向电子转移通道，实现电荷再分配，促进I⁻/I₃⁻/I₅⁻的快速可逆转化。

三、双重功能协同：单个催化位点同时实现锚定和催化功能，使电池在20A g⁻¹超高电流下仍能保持95%容量，循环寿命提升数十倍。

文章链接

https://doi.org/10.1002/adma.202511980

第一作者简介

王飞飞，德累斯顿工业大学博士后，博士毕业于新加坡国立大学，主要从事锌离子电池方向的相关研究，包括无枝晶锌负极、抗腐蚀抗析氢锌负极、电池器件开发以及长寿命锌碘电池。目前拥有国际国内专利各1项，以第一作者(含共一)在Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Energy Storage. Mater., ACS Mater. Lett.等杂志上发表论文14篇，累计引用次数1200次。

2025-10-15