在水性Zn电池中，析氢反应(HER)的电位高于Zn沉积，使得在实际的充放电循环中不可避免发生HER。一般来说，浓缩电解质可以重新配置电解质的溶剂化结构，抑制HER反应。然而，通过密度泛函理论(DFT)计算和OEMS表征，归因于具有强HER活性的大量Zn2+-H2O配位结构的存在，浓缩电解质对HER表现出热力学优势；然而，在实际的充/放电循环中，浓缩电解质对HER表现出动力学劣势并产生较少的H2。
为了探索和说明这种“矛盾”，厦门大学乔羽、邹业国和余小雨等利用一系列光谱表征和电化学技术，在1和15 M ZnCl2电解质中检测了电极/电解质界面上氢键的动态演化和与Zn2+有关的配位结构。具体而言，研究人员以半定量的方式将Zn2+相关配位结构的消耗与氢键的变化联系起来，并将其作为一个指标，认为这种“矛盾”是由于不同浓度电解质体系中电解质/电极界面N(Zn2+-H2O)/N(Zn2+-Cl-)的比值差异造成的。在充电过程中，Zn2+-Cl-配位结构只能还原出Zn0，而Zn2+-H2O具有较高的捕获电子能力，可还原产生H2。在浓缩电解质中，Zn2+-Cl-配位结构比例较高，Zn2+-H2O配位结构比例较低，在电极/电解质界面形成富Zn2+-Cl-和贫Zn2+-H2O层。因此，与低浓度电解质相比，它主要在不导电的情况下进行Zn的沉积。综上，通过将界面氢键的动态演化与Zn2+相关的溶剂化结构联系起来，系统地阐明了在Zn金属阳极上沉积Zn与HER之间的竞争折衷关系，该项工作的研究结果可以帮助人们理解和设计抑制HER的电解质。Competitive tradeoff between Zn deposition and hydrogen evolution reaction on Zn-metal anode. ACS Energy Letters, 2024. DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01657
