水系锌离子电池（AZIBs）采用锌金属负极，具有较高的理论容量（820 mAh g-1 和 5854 mAh L-1），以及不可燃的水性电解质，因其安全性、环境可持续性和成本效益优于传统锂离子电池（LIBs）而在固定式储能领域受到了广泛关注[1,2]。然而，锌金属负极在水性电解质中的有限可逆性仍然是其商业化的主要障碍[3,4]。锌金属循环过程中的不可逆性主要源于异质性和树枝状的锌沉积现象，这加剧了锌的腐蚀和钝化，导致电池中活性锌的过早耗尽[5]。为减少活性锌的损失，通常会使用较厚的锌箔，虽然这样可以提高循环稳定性，但显著降低了电池的实际能量密度，从而影响了其作为可靠储能解决方案的可行性[6,7]。因此，开发出具有优化锌负载比例的可逆锌金属负极成为AZIBs商业化的重要挑战[8,9]。
通过改进作为负极集流体的基底材料，已成为实现锌金属可逆循环的有效策略[10,11]。以往的研究采用了晶格匹配的基底来增强基底与沉积金属之间的结构一致性[12, [13], [14]]。同时，为了改善界面处的化学亲和性，还探索了表面合金化方法，从而促进锌的均匀沉积[15, [16], [17], [18], [19]]。尽管在控制锌形态方面取得了进展，但热力学上更易发生的氢演化反应（HER）仍然是一个持续存在的难题，它会在沉积过程中同时发生[20]。HER反应消耗质子并增加局部OH-浓度，这些OH-随后与Zn2+和SO42-反应生成绝缘性副产物Zn4(OH)6SO4·xH2O（ZHS），导致活性锌的流失并降低库仑效率（CE）[21, [22], [23], [24], [25]]。
尽管HER对锌沉积过程有显著影响，但其在集流体表面的具体作用机制仍不明确，这阻碍了对锌生长界面机制的理解。最新研究表明，HER与锌核化过程之间存在耦合关系：较高的电流密度可以降低界面处的Zn(H2O)62+浓度，从而抑制HER并促进锌的均匀沉积[26,27]。此外，Zn(002)面的质子吸附能力较强，而水吸附能力较弱，这有助于进一步抑制HER并促进锌的均匀沉积[28,29]。这些发现强调了设计能够调控HER并引导锌核化路径的集流体的紧迫性，这是推进AZIB技术发展的关键。
在本研究中，我们通过系统性地调整铜集流体的表面化学性质来阐释HER抑制如何调控锌的生长行为。与传统的酸处理或热处理不同，将铜基底浸入深度共晶溶剂（DES）中不仅可以去除天然氧化物，还能在其表面形成一层超薄的胆碱衍生物层，作为化学屏障来减缓HER反应。这种DES处理还在锌沉积初期促进了铜-锌合金中间层的形成，进一步增强了HER的抑制效果和锌的结合能力。相比之下，未经合金化的Ti基底在相同处理下会导致锌沉积不均匀，这突显了铜-锌合金化在实现锌均匀沉积中的协同作用。优化后的锌负极在12,000次循环后（Zn放电深度DODZn=30%）仍能保持5.8 Ah cm-2的累积容量，这是所有测试系统中锌利用率最高的。即使在更严苛的50% DODZn条件下，锌负极的容量仍能达到2.2 Ah cm-2，显示出其在高性能AZIBs中的巨大潜力。本研究强调了表面工程在有效抑制HER和调控界面动力学方面的关键作用，为高能量AZIBs的基底设计提供了重要启示。
