MoS2/PPy异维结构光阴极界面工程助力高效光充锌离子电池

为解决光充锌离子电池（PRZIBs）中光生载流子分离与传输效率低、界面接触受限等关键问题，研究人员创新性地设计了“2D-on-1D”异维结构MoS2/聚吡咯（PPy）光阴极，通过Mo-N键诱导的d-p轨道杂化实现定向载流子传输，最终使电池在1 sun光照下获得508 mAh g?1的高比容量和1.3%的光电转换效率（PCE），为可再生能源存储提供了新范式。

　　

太阳能作为未来主流清洁能源，其高效存储一直是科研界攻坚的重点。光充锌离子电池（PRZIBs）因兼具高容量、低成本等优势成为研究热点，但传统二维平面电极存在界面接触面积小、载流子复合严重等瓶颈，导致光电转换效率（PCE）长期难以突破。针对这一难题，华南师范大学华南先进光电子研究院先进材料研究所的研究团队在《Journal of Energy Chemistry》发表论文，提出了一种颠覆性的“异维协同界面工程”策略。

研究团队采用电化学聚合-水热法两步工艺，构建了二维二硫化钼（MoS₂）纳米片垂直锚定于一维聚吡咯（PPy）导电网络的“2D-on-1D”三维光阴极。该设计巧妙融合了PPy一维网络的高比表面积优势与MoS₂二维材料的丰富活性位点，通过同步辐射X射线吸收谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）计算证实，界面Mo-N键诱导的d-p轨道杂化形成了定向电荷传输通道，使载流子迁移速率提升3倍。

材料制备与表征
通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）证实了MoS₂纳米片在PPy纳米管上的均匀生长，X射线光电子能谱（XPS）揭示了界面Mo⁴⁺-N键的存在。电化学阻抗谱（EIS）显示该结构电荷转移电阻较传统电极降低89%。

电化学性能
在0.5 mA cm^?2电流密度下，电池光照比容量达508 mAh g^?1，较暗态提升210%。原位X射线衍射（XRD）证实Zn²⁺在MoS₂层间的快速嵌入/脱嵌动力学，循环500次后容量保持率达91%。

机理研究
飞秒瞬态吸收光谱（TAS）显示载流子寿命延长至2.3 ns，第一性原理计算表明d-p杂化使界面电荷密度重新分布，形成从MoS₂导带至PPy最高占据分子轨道（HOMO）的梯度能级。

这项研究不仅创下PRZIBs的PCE新纪录（1.3%），更开创了“异维界面工程”新范式。通过多维材料协同与原子级界面调控，突破了传统电极的物理空间限制，为设计新一代光电器件提供了普适性策略。该成果对推动物联网设备、柔性电子等领域的自供能系统发展具有重要指导意义。