2025年5月15日，武汉纺织大学/纺织新材料与先进加工全国重点实验室杨应奎教授、朱云海教授团队在Matter期刊上发表了一篇题为“Space-confined catalysis of iodine with oxygen vacancy-driven nanopump for durable aqueous zinc-iodine batteries”的研究成果 。

该研究创新融合氧空位工程与二维范德华异质结架构，成功构筑具有定向纳米泵效应的新型碘正极材料。该材料通过空位工程构建的纳米泵效应显著强化碘分子吸附能力，并借助限域催化微环境促使捕获的碘分子直接转化为稳定碘离子，形成独特的分子捕获-定向转化双功能协同机制。这种全链条调控策略突破性地绕过多碘化物中间产物生成路径，在分子层面阻截了引发穿梭效应的氧化还原反应通道，使锌碘电池获得突破性循环稳定性提升。

论文的通讯作者是杨应奎教授和朱云海教授；第一作者是研究生黄海晟。

规模化储能作为构建新型电力系统的核心要素和实现“双碳”战略的关键支撑，其技术攻关已上升至国家战略层面。在众多储能体系中，水系锌碘电池凭借本征安全性高、成本优势显著及环境友好特性，正成为学术界与产业界共同关注的焦点。然而，碘正极固有的多碘化物穿梭效应与迟缓的反应动力学，导致电池面临循环稳定性差、实际容量衰减快、倍率性能不足等瓶颈，严重制约其产业化进程。突破碘转化路径调控机制，成为推动该技术实用化的关键科学问题。

针对这一挑战，杨应奎教授、朱云海教授团队创新开发了具有“纳米泵-限域催化”双功能特性的氧空位工程化正极。通过将富含氧空位的钛铌双金属氧化物纳米片嵌入碳层基体，成功构筑了具有二维限域特性的新型反应空间。该材料中，氧空位诱导的强化学吸附作用触发纳米泵效应，不仅实现对碘分子的高效捕获，更通过原子级空间锚定抑制其逃逸；而在限域空间内重构的催化微环境则促使碘转化路径发生根本性转变—将传统多步反应（I₂→I₃^-→I^-）优化为一步式直接还原（I₂→I^-），从反应动力学层面彻底阻断多碘化物中间体的生成。这种分子捕获与路径重构的协同机制，使锌碘电池在1 A/g电流密度下获得186.6 mAh/g的高比容量，20 A/g大电流条件下仍保持64.0 mAh/g的超高倍率性能，更创下70,000次循环后容量保持率76.5%的领域新纪录。

图1：构建二维富氧空位范德华异质结。

图2：碘物种的吸附行为。

图3：空位驱动的纳米泵效应。

图4：高性能锌碘电池。

图5：限域催化机制。

图6：实用性锌碘软包电池。

这些突破不仅推动锌碘电池进入实用化阶段，其设计理念更可拓展至锂碘、钠碘等储能体系，为高稳定性金属-卤素电池开发提供普适性解决方案。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102154