近日，中国科学技术大学苏州高等研究院张笑谈特任副研究员在《Nature Communications》上发表题目为“Uniaxially oriented zinc metal negative electrodes toward spontaneous dislocation-free homoepitaxy”的研究论文。

根据Gibbs-Curie-Wulff平衡形貌理论，晶面的生长速率与其单位表面能成正比：表面能较低的晶面生长缓慢且更易暴露。因此，传统观点认为，通过优先暴露低表面能密排晶面（如BCC-Li(110)、FCC-Al(111)和HCP-Zn(0002)）可有效抑制副反应，构筑高可逆金属负极。然而，最新研究发现，具有高表面能晶面（如Li(002)、）的金属负极同样能够实现均匀沉积，颠覆了“低表面能优先”设计原则，原因在于：虽然低表面能晶面有助于减少副反应，但其缓慢的沉积速率和较大的剥离能垒反而限制了循环稳定性。因此，迫切需要从原子尺度深入探究强织构金属负极的电沉积行为，并重新制定织构调控标准。

金属负极沿生长方向实现自发、无位错的同质外延生长

本研究创新性地选取高表面能的晶面，构筑了单一取向的锌金属负极，并系统探究了其沉积行为与电化学可逆性。结合球差校正扫描透射电镜（STEM）表征，首次在电沉积界面直观地观察到：沉积锌沿方向与基底实现零晶格失配的无位错共格外延。所组装的全电池能稳定循环2600圈，容量保持率高达94.7%。研究团队进一步将该单一晶体取向的设计理念拓展至其他晶面取向的锌金属负极，系统分析了不同晶面取向下的沉积动力学与晶界网络特征。结果表明，单一取向金属负极因其晶粒具有均一的生长速率、有序的原子结构及优异的晶界稳定性，能够实现自发的、无位错的同质外延生长。

中国科大苏州高研院特任副研究员张笑谈为论文第一作者，通讯作者为辽宁材料实验室李冏晛博士和中南大学周江教授，中国科学技术大学苏州高等研究院仿生界面材料科学全国重点实验室为论文第一单位。该工作还得到了江苏省自然科学基金、国家自然科学基金、苏州市科技局等支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60797-z

（仿生界面材料科学全国重点实验室、纳米科学技术学院、科研部）