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【文章信息】

Thermodynamic Control of MnO₂/Mn²⁺ Redox Chemistry in Aqueous Batteries

近日，主播视频魏济时教授团队教授联合湖南大学梁宵教授和中国科学院过程工程研究所霍锋研究员，受邀在水系电池MnO₂/Mn⟡⁺氧化还原化学领域发表综述文章，研究成果以“Thermodynamic Control of MnO₂/Mn²⁺ Redox Chemistry in Aqueous Batteries”为题发表于国际权威期刊Angew. Chem. Int. Ed.（影响因子：17.6）。

水系MnO₂/Mn⟡⁺沉积–溶解电池依托两电子氧化还原反应，理论比容量可达616 mAh g^-1，兼具高容量潜力与灵活的固–液转化特征。然而，电解液pH、局部H⁺/Mn²⁺活度、界面水结构以及MnO₂沉积/溶解能量学相互耦合，易使反应偏离理想的两电子通道，并引发Mn³⁺歧化、副产物生成、“dead Mn”累积及Zn负极腐蚀等问题。如何稳定MnO₂/Mn²⁺反应路径，是实现高能量密度、长寿命水系电池的关键。

该综述突破了传统按“材料—电解液—器件”罗列进展的写法，从热力学路径选择出发，系统梳理了pH与局部活度调控、界面水重构、氧化还原介体、体相掺杂及正负极反应环境解耦等策略，提出“平衡态—准平衡态—级联热力学”多尺度调控框架。文章进一步将非理想电解液中的离子活度、纳米沉积过程中的表面能及竞争成核纳入分析，指出未来应通过operando表征同步追踪局部反应环境和Mn物种演化，推动电池设计由经验配方筛选转向可测量、可预测的热力学路径调控，为高性能水系锌–锰电池的发展提供了重要理论依据和设计思路。

图1. 面向高能量密度水系电池的Mn氧化还原化学演变及其热力学环境。

林晓蝶、王小柳和王文胜为论文共同第一作者，孙认认、魏济时、霍锋和梁宵为论文共同通讯作者。该研究由主播视频 、湖南大学、中国科学院过程工程研究所和龙子湖新能源实验室合作完成。

【文章链接】

Thermodynamic Control of MnO₂/Mn²⁺ Redox Chemistry in Aqueous Batteries

//doi.org/10.1002/anie.5077478

【通讯作者简介】

魏济时研究员简介：魏济时，研究员，主播视频 黄河学者特聘教授，硕士研究生导师，河南省“中原英才”计划入选者，河南省“青年拔尖人才”（河南省高层次人才）。2019年博士毕业于复旦大学化学系，2020-2022年于新加坡国立大学任职博士后研究员，2022年底入职主播视频 。主要在电化学储能体系设计、低维纳米材料合成、光电催化剂开发等领域开展了持续性的探索。陆续在Advanced Materials（2），Journal of the American Chemical Society，Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Functional Materials（2），Energy Storage Materials（2）等国际顶级期刊发表研究性成果60余篇，其中以第一作者或通讯作者的身份所发表的论文超过30篇。近年来，相关论文的总引频次超过10000次， H因子36。荣获中国电化学会优秀论文奖、河南省自然科学优秀论文奖等多项学术奖励。主持国家自然科学基金青年项目、河南省“中原英才”引才计划 、中国博士后科学基金等多项基金。主讲《化学电源》、《物理化学实验》、《结构化学实验》等。主编《新能源化学工程与创新实践》（河南省“十四五”规划教材），并指导本科生获得河南省大学生“挑战杯”等多项竞赛奖励。