跨水合壳层水系电解液设计新范式。 2026年4月7日，美国马里兰大学董德健/王春生团队在Nature Nanotechnology期刊上发表了一篇题为Aqueous electrolyte solutions with anion-bridged secondary solvation sheaths for highly efficient zinc metal batteries的研究成果，他们提出了一种全新的电解液设计理念——阴离子桥接的第二水合壳层策略。论文通讯作者是王春生；第一作者是董德健。
近日，美国马里兰大学董德健博士与王春生教授团队提出了一种全新的电解液设计理念——阴离子桥接的第二水合壳层策略。该策略突破了传统仅关注第一溶剂化壳层的设计思路，通过引入具有高供体数且亲水性良好的含氟阴离子，使其不仅能够参与Zn2+第一水合壳层配位，还能通过氢键作用与第二水合壳层中的水分子建立联系，从而构建跨壳层的Zn2+–anion–H2O协同结构。
这一跨壳层结构有效调控了局部溶剂化环境，使阴离子在界面区域富集并优先参与反应，促进形成富含ZnF2的稳定界面层。同时，该策略避免了传统强配位阴离子带来的盐析问题，在维持低浓度体系的同时实现了高离子电导率。
基于该设计构建的2 M电解液表现出优异的综合性能：电导率约为25 mS cm-1，在Zn//Cu半电池中实现约99.9%的库仑效率，在Zn//NaV3O8·1.5H2O全电池中达到99.99%的库仑效率，并展现出超过8000次的稳定循环寿命。
该工作首次将第二水合壳层引入电解液调控框架，实现了界面稳定性与离子传输性能的协同优化，为低浓度水系电解液的设计提供了新的维度和范式。
图1：不同水系电解液设计策略的示意图。
图2：Zn2+–阴离子–H2O溶剂化结构的物理化学研究。
值得注意的是，三年前，董德健在博士阶段与Yi-Chun Lu教授合作，通过增溶策略提升Zn(Ac)2溶解度（1.6 m → 23 m），解决了体系能不能用的问题（Nature Sustainability, 2023）。但高浓度带来了新矛盾：粘度上升、电导率下降、界面不稳定，说明堆浓度并非本质解法。
三年后，在王春生课题组的工作中（Nature Nanotechnology, 2026），研究从浓度优化转向溶剂化结构重构。提出阴离子桥接的第二水合壳层：阴离子在第一层配位Zn2+，同时在第二层通过氢键连接水分子，形成跨壳层协同结构。
这一设计将原本分离的溶剂化层耦合为整体，实现界面稳定性与离子传输的协同优化。本质上，这一工作完成了从材料调参到机制驱动设计的跃迁。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-026-02148-7
作者：董德健等 来源：《自然-纳米技术》
