原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.12.001

原文PDF：1-s2.0-S2666952825001086-main.pdf

【文章导读】

随着可再生能源和电动汽车的快速发展，开发安全、低成本、高性能的储能系统成为科研界与工业界的共同目标。水系锌离子电池因其高安全性、低成本和高理论容量备受关注，但其正极材料普遍存在容量低、循环寿命短、倍率性能差等问题，尤其是钒基正极材料虽然容量高，却因导电性差和离子扩散慢而受限。MXene作为一种新型二维材料，具有良好的导电性和可调控的层间结构，被认为是理想的电极材料候选者。但其表面活性位点不足、钒价态较低，限制了其在锌离子电池中的应用。

  近期，同济大学贺婷和上海大学赵宏滨研究团队，提出一种“精准非晶化”策略，成功将层状 V₂CT_x MXene表面转化为非晶态，大幅提升了其锌离子存储性能，为高性能水系锌离子电池的开发提供了新思路。文章发表在Green Chemical Engineerin（GreenChE）题为“From crystalline to amorphous: V₂CT_x MXene cathodes enable high-capacity and long-life aqueous zinc-ion batteries”。

【研究亮点】

非晶化策略提升了钒元素的价态，并创造了丰富的锌离子存储位点，从而实现了高可逆容量。

非晶框架保留下来的导电V-C-V网络确保了电子/离子的快速传输，赋予了材料卓越的倍率性能。

a-V₂CT_x正极材料打破了容量、倍率与循环稳定性之间的制约关系，为钒基水系锌离子电池树立了新的性能标杆。

【内容概述】

非晶化策略通过在惰性气氛下对V₂CT_x MXene进行高温退火实现。具体而言，首先通过氢氟酸刻蚀获得手风琴状V₂CT_x MXene，再经插层和剥离处理得到少层晶态V₂CT_x（c-V₂CT_x）。随后在氩气氛围中经优化高温退火，得到非晶态V₂CT_x（a-V₂CT_x）。退火过程中，V₂CT_x中的钒原子被表面终端基团（如-O和-OH）氧化至更高价态，层间距得以扩大，并暴露出更多电化学活性位点。同时，非晶化转变促进了锌离子在电极中的扩散与传输，从而显著提升了电极反应动力学。

图1. 文章摘要图。

图2. a-V₂CT_x的示意图、形态及结构演变。（a）a-V₂CT_x合成过程的示意图。（b-d）原始V₂CT_x、c-V₂CT_x、a-V₂CT_x的扫描电子显微镜图像。（e、f）a-V₂CT_x的透射电子显微镜图像。（g）高分辨率透射电子显微镜图像，图中嵌入是a-V₂CT_x相应的选区电子衍射图谱。（h）a-V₂CT_x的能谱元素分布图。

实验表明，非晶化处理后的a-V₂CT_x正极表现出卓越的电化学性能。1）高可逆容量：在1 A/g 电流密度下，容量达543 mAh/g；2）优异倍率性能：即使在30 A/g的高电流下，仍能保持494 mAh/g；3）长循环寿命：在30 A/g下循环3000次后，容量保持率依然高达286 mAh/g，每圈衰减仅0.012%。综合来看，与目前已报道的钒基正极材料相比，a-V₂CT_x在容量、倍率与循环稳定性方面均表现突出。

图3. 用于锌离子存储的a-V₂CT_x正极的电化学性能。（a）在1 A/g电流密度下，c-V₂CT_x和a-V₂CT_x的放电曲线。（b）a-V₂CT_x在不同电流密度下的充放电曲线。（c）a-V₂CT_x的倍率性能。（g）在30 A/g电流密度下a-V₂CT_x的长循环性能。（e）a-V₂CT_x与其他已报道正极的性能比较。（f）软包电池（5×5平方厘米）驱动风扇。（g）基于a-V₂CT_x正极的软包电池的电化学性能。

【总结与展望】

该工作不仅提供了一种高效的非晶态MXene正极材料，更为锌离子电池乃至其他多价离子电池的正极设计提供了新范式。通过结构精准调控，在保留MXene优点的同时，大幅提升了其锌存储性能。这一策略可拓展至其他MXene体系，为下一代高性能水系电池的开发奠定基础。

【通讯作者简介】

赵宏滨，上海交通大学工学博士，教授，博士生导师，现任上海大学理学院化学系科研副主任、可持续能源研究院氢能燃料电池研究中心常务副主任。2009年获上海交通大学博士学位，曾赴加拿大滑铁卢大学访学，入选上海市浦江人才计划，担任科技部重点研发计划评审专家。主要从事锂硫电池、燃料电池催化剂、膜电极系统集成及电解水催化剂研究，主持国家重点研发计划课题、浙江省重点研发项目等科研任务。发表SCI/EI论文200余篇，其中ESI高被引论文8篇，总被引6000余次，编著专业书籍20余本，获授权发明专利12项。

贺婷，同济大学助理教授，主要研究方向为新能源电极材料的结构设计及储能机理研究，相关工作以（共同）第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.，Energy Environ. Sci.，Adv. Energy Mater.，Adv. Func. Mater.，ACS Nano，Coordin. Chem. Rev.等国际材料、化学顶级期刊上发表SCI论文20余篇，多篇论文以研究亮点被MaterialsViews China、加拿大Advances in Engineering、Wiley Chem等多家著名科学网站和中国教育新闻网、科学通报等平台报道。申请国家发明专利12余项，已授权7项。担任Molecules，Materials Open Research等期刊客座编辑，Nat. Commun.，ACS Nano等10余个国际期刊独立审稿人。主持国家自然科学基金青年基金、博士后面上基金、上海市扬帆计划。曾获得上海市自然科学二等奖，清华大学“水木学者”等荣誉。

【文章信息】

G. Zhao, S. Meng, Z. Zheng, J. Guo, L. Chen, H. Zheng, P. Zhang, J. Yu, L. Zuo, H. Zhao, T. He, From crystalline to amorphous: V₂CT_x MXene cathodes enable high-capacity and long-life aqueous zinc-ion batteries, Green Chem. Eng., https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.12.001.

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部

【期刊简介】

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子7.6，位列Q1区，最新CiteScore为15.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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