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本科毕业论文（设计）

1. 引言

1.1 能源需求与环境问题

1.1.1 能源需求增加

随着能源需求总量的急剧增加，传统化石能源日益枯竭。
环境逐渐恶化，可再生能源投资逐渐加大。

1.1.2 可再生能源的优势与挑战

可再生能源供电系统的产生和转换具有间歇性、不稳定性和不可控性。
可再生能源供电系统需要大规模供电和储能系统的发展。

1.2 水性锌离子电池（AZIBs）

1.2.1 AZIBs的优点

AZIBs低成本、高安全性和易于制造。

1.2.2 AZIBs的局限性

锌金属阳极的枝晶生长和化学/电化学副反应限制了AZIBs的长期运行。

1.3 论文目的与意义

抑制锌枝晶和稳定锌阳极界面对AZIBs的实际应用至关重要。
论文采用Cu单原子锚定的聚合物氮化碳（Cu@PCN）作为锌表面的多界面调节剂，以解决上述问题。

2. 实验部分

2.1 Cu#### 2.1 Cu-PCN的合成

用传统的脲热缩合方法得到了原来的PCN。
将10克尿素与0.05克的氯化铜一起溶于15毫升的去离子水，加热至90度，让水分挥发。
将固态产品在60℃的真空下进行12小时的干燥。
将已烘干的粉体碾磨30分钟，使之成为一种均一的混合料，再于550摄氏度，以5℃/分钟进行3 h的锻烧。

2.2 Cu@PCN#### 2.2 Cu@PCN-Zn阳极的制备

Cu@PCN和聚偏氟乙烯（PVDF）在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶剂中，质量比为9：1，然后用刮法刮取并涂在锌箔上。
在80 C真空中干燥过夜后，得到带有Cu-PNC涂层（Cu@PCN-Zn）和PCN涂层（PCN-Zn）的Zn电极。

2.3 二氧化锰阴极的制备

0.3803 g MnSO4水和0.237 g高锰酸钾分别被均匀地溶解在15 mL去离子水中。
将这两种溶液混合在一起，大力搅拌30 min。
将上述混合溶液转移并密封在特氟隆内衬的高压釜中，用160℃处理12小时。
冷却后，将得到的深棕色固体离心，用去离子水洗涤均匀，然后在80℃下干燥过夜，得到α-MnO2。
随后，将二氧化锰、Super P和PVDF（质量比为7：2：1）混合在NMP溶液中，形成浆液。
将所得浆液粘贴在不锈钢箔上，80 C真空干燥12 h，制备二氧化锰阴极。

3. 结果与讨论

3.1 Cu@PCN的表征

高分辨的Cu 2 p XPS光谱显示，Cu 2 p具有两个显著的特征峰：952.2 eV和932.5 eV，即Cu 2p1/2和Cu2p3/2。
合成的Cu@PNC纳米复合材料显示出一个三维互联结构，由具有高度褶皱表面的纳米片组成，而没有明显的含铜的纳米颗粒或团簇。
放大后，发现大量孤立的亮点均匀分布在碳载体上，证实了铜原子是原子分散在NPC基质中的。

3.2 电化学性能测试

采用20个32型硬币电池进行电化学测试。
以铜-PNC（或裸锌、PNC）作为工作电极，以铜箔和玻璃纤维作为对电极和分离器，研究锌镀/剥离的库仑效率（CE）。
采用Cu@PNC-Zn（或裸Zn、PNC-Zn）电极组装对称电池，以评估其长期循环性能。
裸露的Cu//Cu电池的CE衰减显著，主要表现为“死锌”生成与短路，而Cu@PNC-Zn//Cu电解池保持稳定750周期。
与裸锌比较，Cu@PNC-Zn//Cu具有更低的电位差和更高的稳定性。
Cu@PNC-Zn//MnO2电池也比裸Zn电池具有更高的峰值电流密度和氧化还原峰之间更小的电压极化，反映了更高的容量和电化学反应性。
Cu@PNC-Zn//MnO2电池在200次循环后表现出更优异的循环性能。

4. 总结与展望

4.1 实验结果

实现了一种多功能界面改性Cu@PCN层，同时极大地减轻了不良的HER和有害的寄生反应，以及锌阳极表面的不可逆副产物的产生。
原子分散、高可逆的Cu-N3亲锌位点具有较强的Zn2+吸附以及强电荷极化效应，可以调节局部空间电场的再分配，降低成核过电位，保证纳米水平下的锌均匀成核。

4.2 未来研究方向

本研究为高性能AZIBs的多功能界面调节层的合理设计提供了思路。
未来的研究可以进一步探究Cu@PCN在其他类型的电池中的应用，以及其在不同电解质条件下的性能表现。

参考文献

[1] Brockway P.E., Owen A., Brand-Correa L.I., et al. Estimation of global final-stage energy-return-on-investment for fossil fuels with comparison to renewable energy sources [J]. Nature Energy, 2019, 4(7): 612-21. [2] Obama B. The irreversible momentum of clean energy [J]. Science, 2017, 355(6321): 126-129. [3] Kittner N., Lill F., Kammen D.M. Energy storage deployment and innovation for the clean energy transition [J]. Nature Energy, 2017, 2(9): 17125. [4] Carley S., Konisky D.M. The justice and equity implications of the clean energy transition [J]. Nature Energy, 2020, 5(8): 569-77. [5] Schill W.-P. Electricity Storage and the Renewable Energy Transition [J]. Joule, 2020, 4(10): 2059-64. [6] Heptonstall P.J., Gross R.J.K. A systematic review of the costs and impacts of integrating variable renewables into power grids [J]. Nature Energy, 2021, 6(1): 72-83. [7] Steffen B., Egli F., Pahle M., et al. Navigating the Clean Energy Transition in the COVID-19 Crisis [J]. Joule, 2020, 4(6): 1137-41. [8] Chen H., Guo Z., Wang H., et al. A liquid metal interlayer for boosted charge transfer and dendrite-free deposition toward high-performance Zn anodes [J]. Energy Storage Materials, 2023, 54: 563-9. [9] Yamamoto T., Shoji T. Rechargeable Zn∣ZnSO4∣MnO2-type cells [J]. Inorganica Chimica Acta, 1986, 117(2): L27-L8. [10] Baek J., Jin Q., Johnson N.S., et al. Discovery of LaAlO3 as an efficient catalyst for two-electron water electrolysis towards hydrogen peroxide [J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 7256. [11] Zhang X., Zhang L., Hu C., et al. Enhanced •OH generation and pollutants removal by framework Cu doped LaAlO3/Al2O3 [J]. Journal of Hazardous Materials, 2022, 431: 128578. """