随着不可再生资源的不断消耗，环境友好型技术被认为是实现碳中和的一种可持续途径。廉价、安全的大规模储能技术的发展对于建立绿色现代电力系统具有重要意义。锂电池有望在电动汽车生产中得到广泛应用，但锂电有机电解质的易燃性和高昂的制造成本不可避免地阻碍了其在大规模储能领域的发展。水性锌离子电池(AZIBs)因其高安全性和低成本的特点具有很大的发展潜力。然而水系锌离子电池因锰基正极结构不稳定等问题仍存在容量衰退等问题。因此，探索水系锌离子电池的正极提升机制具有重要意义。
针对上述难题，华北电力大学吕玮/徐超联合中国科学院丁芳，采用水热法原位合成制备了含O缺陷碳包覆δ-MnO2正极材料。该原位合成法可以有效抑制正极副产物Zn4SO4(OH)6·4H2O生成、调控Mn价态并抑制Jahn-Teller效应，进而大幅提升正极结构稳定性及电荷转移动力学。正极在纯ZnSO4电解质中展现出优异的电化学性能（例如，0.1 A g−1电流密度下比容量高达421.2 mAh g−1、比能量密度实现595.53 Wh kg−1，10 A g−1大电流密度下4000圈循环稳定性高达90.88%、库伦效率接近100%）。此外，体外细胞毒性试验结果表明该正极材料能够有效抑制女性宫颈癌和卵巢癌细胞增殖并促进肿瘤细胞凋亡。该研究成果发表在国际顶级期刊Science Bulletin上，题为“In situ synthetic C-encapsulated δ-MnO2 with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineering”。本工作采用原位合成法制备的δ-MnO2正极材料不仅在国家电网规模储能领域具有良好发展潜力，同时为全球女性发病率最高的宫颈癌、卵巢癌等妇科恶性肿瘤的药物抗癌治疗提供了新的思路和策略。
图1. (a) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的XRD谱图；(b) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3和MN-4的EPR和(c) 拉曼测试；(d) MN-2的Mn 2p，(e) Mn 3s，(f) O 1s，(g) C 1s的XPS高分辨率谱图；(h) MN-2的SEM和（i-k）EDS图；(l) MN-2的HRTEM和(m) SAED图；(n) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的ICP-AES图；(o) 正极结构示意图.
图2. (a) Zn2+在δ-MnO2、δ-MnO2-OV和C@δ-MnO2-OV的扩散能垒；(b) δ-MnO2、δ-MnO2-OV和C@δ-MnO2-OV的ELF；(c)纯δ-MnO2，(d) δ-MnO2-OV，(e) C@δ-MnO2-OV的DOS；(f) 纯δ-MnO2，(g) δ-MnO2-OV，(h) C@δ-MnO2-OV的Mn 3d的PDOS及Mn原子轨道和电子自旋态.
图3. MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的(a)恒流充放电曲线；(b)高倍率放电测试；(c) 200次、(d) 4000次循环稳定性电化学测试结果；(e) MN-2与表S1文献的比容量对比图.
图4.在0.1 A g−1的电流密度下第10次循环时，MO和MN-2在F-D和F-C状态下的 (a) XRD的非原位测试；(b) Mn 2p, (c) Mn 3s, (d) S 2p 的XPS高分辨谱图；MN-2在0.1 A g−1的电流密度下第10次循环时，F-D状态下的(e) Zn 2p和(f) O 1s的XPS高分辨率谱图；(g) δ-MnO2-OV和(h) 纯δ-MnO2嵌入Zn的ELF模型；(i) 锌嵌入δ-MnO2-OV和纯δ-MnO2的MnO6八面体的Mn–O键距计算（单位：Å）.
图5. (a) 合成材料对癌细胞的抗肿瘤能力示意图；(b) 不同处理下Hey和HeLa细胞的相对细胞活性；(c) 不同处理下，Calcein AM（绿色）和PI（红色）染色的HeLa细胞共聚焦激光扫描显微镜图像；(d) 流式细胞仪检测不同处理下HeLa细胞的凋亡率；(e) 不同处理下Hey和HeLa细胞的克隆性.Ctrl: PBS处理的细胞.
