水系锌金属电池凭借其高安全、低成本、绿色环保的特质成为了极具潜力的储能系统。然而，负极侧的副反应和锌枝晶问题仍然阻碍其进一步发展。迄今为止，研究人员发展了多种策略来改善体相电解质环境或调节金属/电解液界面相，以实现稳定的锌负极。在这些策略中，电解质添加剂的工程因其多功能调节潜力而受到广泛关注。值得注意的是，生物分子糖类化合物及其衍生物由于良好的生物相容性、丰富的极性基团和多样的分子结构，已被确定为有效的添加剂。然而，以往的大多研究通常限于试错性的尝试，缺乏明确的材料选择标准。因此，探索糖类添加剂的筛选描述符有望为水系锌离子电池电解液的设计提供合理的指引。

近日，苏州大学孙靖宇教授课题组报道了报告了使用糖添加剂作为生物分子的代表，基于氢键成分和电子转移动力学的调节来开发筛选描述符。

在糖类添加剂的选择过程中，关键的考虑因素包括以下几个方面：（1）充分的氢键相互作用。质子通过氢键网络迅速传递并在界面上积聚，导致氢气的析出和腐蚀坑的形成。因此有必要通过合理的添加剂引入破坏自由水之间的连续网络。对于糖来说，分子结构中的基团含量和种类决定了它与水的键合能力。（2）适当的空间位阻效应。在金属沉积过程中，过快的金属还原会耗尽电极表面的Zn²⁺，形成浓度梯度并诱导枝晶生成。当糖类分子吸附到电极表面时，适当的空间位阻效应能够有效地均匀离子通量，阻碍双电层内的电子转移，导致法拉第过程的滞后。基于这些考虑，甘露醇（Man）、葡萄糖（Glu）、蔗糖（Suc）和低聚木糖（Xos）等糖类被选为研究对象，旨在探索糖类分子对阳极稳定性的影响。分子静电势分布显示，这四种糖类具有丰富的氢键供体和受体，具备破坏原始氢键网络的潜力。此外，随着糖类聚合度的增加，其分子空间体积逐渐增大。

通过对糖类添加剂的结构中官能团的分析，计算了氢键受体与供体的比例（HBA/HBD）。为了评估糖分子与水的结合情况，使用线性扫描伏安法对具有相同添加剂浓度的电解质的析氢反应（HER）抑制效果进行了评估。结果表明，随着氢键受体比例的增加，电流密度为10.0 mA cm⁻²时的电位从–0.127 V（Man）负移至–0.167 V（Xos），显示出析氢反应滞后的现象。此外，通过拟合得到的塔菲尔斜率与上述HER电位的偏移趋势一致。值得注意的是，HBA/HBD比例与电位及塔菲尔斜率之间呈现出线性关系。因此，HBA/HBD比例可以作为评估糖类添加剂抑制析氢能力的有效描述因子。

除抑对HER的抑制外，糖类添加剂对金属沉积行为的调节也对稳定锌负极具有重要影响。交流伏安测试结果表明，从Glu到Xos，界面处的双电层电容逐渐降低，这可以归因于添加剂吸附所引起的双电层结构拓宽。根据马库斯电子转移理论，当界面上吸附组分的空间体积显著增大时，电子转移步骤倾向于变得迟缓。恒电流沉积测试的结果显示，随着糖类聚合度的增加，其对应的成核势垒逐渐增大。相比于单糖和二糖，较大的空间位阻使得Xos体系在电子转移重组过程中需要更高的能量。从空间体积与成核势垒之间的线性关系可见，适当的空间位阻能够有效减缓界面处的离子耗尽速率，从而缓解快速还原与缓慢传质之间的竞争。

总之，该研究系统探究了四种生物分子糖类作为电解质添加剂对锌负极的影响。通过综合评估 HER 和锌沉积行为的调制效果，提出了一种用于筛选糖添加剂的综合性描述符，并优选出了一种理想的糖类添加剂（Xos）。这种Xos添加剂能最有效地抑制HER，并在长时间沉积过程中促进（002）晶面的暴露，最终助力实现高度稳定的锌负极。