镁金属电池因其高体积比容量、成本低、安全性好，成为后锂储能体系的重要候选。但长期以来，镁离子（Mg²⁺）在电解液中与溶剂分子库伦作用过强，导致电极界面脱溶困难，表现为沉积/剥离过电位高、循环寿命差、界面副反应多。如何有效降低Mg²⁺脱溶能垒，是该领域的核心科学难题。

 重庆大学曹柳悦、黄光胜、潘复生团队提出了一种“双位点调控”的新策略，设计引入非直接配位添加剂——7-氨基吲哚（7AID）。该分子在Mg²⁺第一溶剂化壳层之外的第二溶剂化壳层及体相电解液中通过CH–π与氢键作用与溶剂作用，间接地削弱Mg²⁺与溶剂的结合，提升溶剂迁移性，最终实现更低过电位、更高稳定性的镁电解液体系。

（1）分子设计与多尺度模拟揭示溶剂化结构

7AID具有较大的平面刚性吲哚骨架，含氨基氮（aN）与吡咯氮（pN）两个功能位点。自然键轨道(NBO)分析显示，电子在吲哚环上发生较强的超共轭效应，使环上的电子密度升高，而两个氮位点的电子密度均显著下降，从而使aN与pN与Mg²⁺的配位能力均较弱。分子动力学(MD)模拟进一步揭示：7AID在0.5 M Mg(TFSI)₂电解液中，直接进入第一溶剂化壳层的比例不足5%，而主要分布于第一溶剂化壳层之外，即第二溶剂化壳层与体相电解液中。结合MD模拟与DFT计算，我们发现，位于这两处的7AID分子与溶剂分子可能形成CH–π和氢键作用从而对Mg²⁺的溶剂化结构进行“远程调控”，仅有极少量的7AID分子会进行“直接配位”的方式影响Mg溶剂化。

（2）光谱实验证实电解液中各组分的相互作用

傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，引入7AID后，与Mg²⁺直接配位的溶剂C-O-C峰明显减弱，证明了Mg²⁺与溶剂间的相互作用被削弱。而溶剂的¹H NMR结果显示，加入7AID后溶剂峰原本与Mg²⁺配位所产生的峰形宽化现象也有所减弱，表明加入7AID后溶剂化的交换速率又再次变快。而7AID分子环上¹H峰的规律性移动，也暗示了与溶剂分子存在CH-π作用。上述实验谱学结果表明，7AID通过影响溶剂分子，有效削弱了Mg²⁺的强溶剂化，降低了脱溶剂化能。

（3）7AID与Mg²⁺争夺第二溶剂化壳层溶剂分子，阻隔体相溶剂化

基于理论计算模拟与实验光谱数据，作者提出以下机理：位于第二溶剂化壳层的7AID分子会与Mg²⁺直接配位的溶剂分子相互作用，通过“拔河”的方式动态削弱Mg²⁺–溶剂之间的结合强度，使溶剂分子更易解离与交换；同时，分布在体相电解液处的7AID分子也与附近的溶剂分子相互作用，减少了它们对于Mg²⁺的“可得性”。这两处的双重作用降低了Mg²⁺的脱溶能垒，减少了界面副反应，从而可能降低Mg²⁺的沉积过电位，并提高其界面循环稳定性。这一机理突破了传统的依赖第一配位壳层配位进行直接调控的思路，开启了“外溶剂化壳层+体相”双重调控的新范式。

（4）双位点策略显著改善电化学性能与界面稳定性

恒电流充放电测试表明，加入7AID后的电解液使Mg电极沉积/剥离过电位由原先的2V下降至在DME体系中的-0.46 V，以及G2体系中的–0.25 V；循环伏安曲线（CV）与电化学阻抗谱（EIS）均显示7AID的添加可显著改善界面动力学。Mg||V₂O₅电池也验证了该电解液的实用可行性。XPS表征证明，7AID减少了Mg表面的电解液分解产物，减轻了电解液副反应，显著提高界面稳定性。

该研究提出的壳外“双位点”溶剂调控策略，不仅解决了Mg²⁺强溶剂化带来的高脱溶能垒问题，也为多价金属电池中金属离子（如Zn²⁺、Ca²⁺体系）可能与溶剂分子发生较强库伦作用而引发的电解液/电极界面不稳定性提供了新的电解液设计思路。通过分子工程在外溶剂壳层施加“远程调控”，有望实现高效、安全、长寿命的新一代储能体系。

Dual-Site Modulation of Mg²⁺ Desolvation Beyond the Primary Solvation Shell in Magnesium Battery Electrolytes

Yujie Deng, Guoyang Li, Dr. Rongrui Deng, Dr. Binwei Zhang, Prof. Liuyue Cao, Prof. Guangsheng Huang, Prof. Jingfeng Wang, Prof. Fusheng Pan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202513213