锌(Zn)金属自然资源丰富、良好的电化学性能和环境友好性，近年来成为可充电电池的热点。锌金属阳极在弱酸性或中性水性锌电解质中会形成锌枝晶，导致锌阳极短路或寿命衰减，严重恶化锌离子电池(ZIB)的电池性能。锌(002)表面比锌(101)和(100)表面具有更强的耐腐蚀性，这归因于锌溶解的活化能随着平面堆积密度的增加而增加。本文通过合成具有特定面暴露的理想的锌织构来调节锌阳极的电化学性能。
锌的电沉积在定制的三电极电解槽中进行。工作电极和沉积基底为铜箔，参比电极为无泄漏型Ag/AgCl，对电极为锌箔。工作电极和对电极之间的距离固定为1.5厘米。为了形成(002)纹理，使用Zn(OTf)2作为沉积电解质。采用恒电位方案，研究了过电位、浓度和沉积时间等因素，以及不同类型的导电基底进行了研究。沉积60分钟可使锌纸厚度达到约50微米。
图1.锌(002)织构的表征。a)以市售锌箔为参照，比较2 M Zn(OTf)2和2 M ZnSO4溶液中电沉积金属锌的X射线衍射谱。b)基于密度泛函理论计算得到的Zn(OTf)2(H2O)4在水溶液中形成的分子静电势图。c)显示沉积的锌的金属形态。d)描绘了Zn(OTf)2在衬底上沉积的锌形成柱状结构的方案。e)极图显示了锌(002)表面法线和铜衬底法线的平行排列。扫描电子显微镜照片显示了(f)用Zn(OTf)2生长的锌薄膜的大尺度平面形貌，(g)六方片状，与(h)用硫酸锌沉积的锌薄膜的大尺度平面形貌相比，(i)具有典型的脊状结构。
图2.磺酸盐阴离子对织构形成的影响。a)在2M甲烷磺酸锌(ZN(MS)2)、2M乙磺酸锌(ZN(ES)2)和0.5M十二烷基苯磺酸锌(ZN(DBS)2)等一系列磺酸基电解液中沉积锌的X射线衍射谱。b)密度泛函优化了Zn(OTf)2(H2O)4络合物的结构，使其悬浮在铜(200)表面(左)，并进一步以Zn(OTf)2* (右)附着在表面上，以及e)在-0.15V的过电势下，Zn(OTf)2形成了Zn(002)面，f)所提出的Zn(OTf)2诱导生长(002)织构的方案。g)在2M Zn(OTf)2中以1 mv s-1的扫描速率镀/脱锌的循环伏安(CV)曲线。h)以(g)中的CV曲线为基础的2M Zn(OTf)2中镀锌/剥锌的计时库仑曲线。i)在恒定容量为1 mAh cm-2、电流密度为0.5 mA cm-2的情况下，用Ti|Zn非对称电池评价了2M Zn(OTf)2和2M ZnSO4的长期库仑效率。
图3.不同锌织构的电化学可逆性比较。对于在2 M Zn(OTf)2中的(002)锌纸和在2 M ZnSO4中的(101)锌纸，在Zn|Zn对称电池中恒电流Zn剥离/电镀，a)在1 mA cm-2下，b)在第一个和最后十个循环时的相应电压曲线，c)在10 mA cm-2下，d)分别在第一和最后十个循环时的相应电压曲线。e)在Zn(OTf)2中在1 mAcm-2和10 mA cm-2下循环后(002)锌纸的XRD光谱。通过SEM(f)在1 mA cm-2下和(g)在10 mA cm-2下观察它们的相应形态，h)(101)锌纸在ZnSO4中循环后的SEM图像.
图4.V2O5/(002)锌纸全电池的电化学性能。a)在0.1-2 A g-1的一系列电流密度下电池的GCD曲线，b)使用2 M Zn(OTf)2作为电解质的相应倍率性能。c)在1 A g-1下电池的循环稳定性和CE。
成功地在磺酸盐电解液中实现了Zn(002)织构的电沉积。基于Zn(002)晶面法线和衬底法线的共取向，在此基础上，揭示了阴离子诱导Zn(002)织构生长的机制，其中OTf-与Zn2+的强配位起着关键作用，通过对金属Zn的织构控制，我们对Zn(002)和Zn(101)织构的电化学行为进行了合理化分析，用Zn(002)织构实现了高度可逆的锌纸。特别是在高电流密度下，10 mA cm-2时，(002)锌纸的寿命比(101)锌纸长10倍。组装的V2O5/(002)锌纸全电池具有很高的循环稳定性(1 A g-1下2000次循环容量保持率为64.1%，CE约为100%)。
