水溶液里也许含有纳米银离子，我想做电镜来证明，什么样的电镜可以做水溶液的？

什么样的电镜都不能直接观察水溶液内部的物质。

您需要把物质从溶液中提取出来，然后观察，提取可以是蒸馏，也可以是使用TEM用的微栅网来捞纳米粒子。然后采用扫描电镜或者透射电镜观察。粒子的成分可以用能谱仪EDS来确认。

用于无枝晶耐用锌电池的工程化多功能分子骨架层

第一作者：于铧铭

通讯作者：陈月皎*，陈立宝*

单位：中南大学

近日，来自中南大学的陈立宝、陈月皎课题组等人，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Engineering multi-functionalized molecular skeleton layer for dendrite-free and durable zinc batteries”的观点文章。 该观点文章采用一种可扩展、低成本的浸涂技术，整合硅烷疏水性和有机磷酸锌优异亲锌性，在锌负极上构建了超薄多功能层(MTSi-Hedp-Zn)，实现锌负极无枝晶稳定长循环。DFT计算和COMSOL模拟结果表明，在分子骨架的顶部有丰富的O-Si-CH3基团作为疏水嵌块，这是阻止溶剂化水腐蚀的影响因素。主链有机磷酸块上的亲锌P=O键作为Zn2+快速吸附和输运动力学的吸引区。

同时，这种组合使锌金属上的表面首选（002）晶体面，使界面电场协同均匀化，在没有枝晶和副反应的情况下优先平坦生长。因此，MTSi-Hedp-Zn电极在1和10 mAcm-2时循环寿命超过2000 h，极化电压分别为24.3和67.5 mV。与正极组装的全电池(CNT/MnO2和五氧化二钒)都比裸锌负极有更高的容量保持率。硅烷-有机磷酸的疏水亲锌多功能界面为设计无枝晶和无腐蚀的锌电极提供了重要的构建策略。

要点一：MTSi-Hedp-Zn的设计和界面组成研究

XPS能谱结果可以证明，MTSi中的Si-OH基团可以与Hedp分子中的P-OH基团发生反应。因此，MTSi、Hedp和Zn之间存在较强的化学键合，从而对锌箔具有良好的粘附强度。DFT结果表明，通过络合和热固化工艺得到的MTSi-Hedp具有显著的电子亲和性和大量亲锌位点。这有利于锌离子在纳米膜层上的均匀、快速沉积，使MTSi-Hedp-Zn负极在速率能力、可逆性和循环性方面具有优异的电化学性能。

图2 (a) 裸锌箔和 (b) MTSi-Hedp-Zn 电极的 SEM 图像。 (c) MTSi-Hedp-Zn 电极的 EPMA 图像和相应的元素映射。 (d, e) MTSi-Hedp-Zn 电极的 XPS 分析。 (f) MTSi-Hedp-Zn 电极的 FTIR 光谱。 (g) 计算的三个有机分子的前沿分子轨道能量。 (h) MTSi-Hedp-Zn 的计算 ESP 分布。

要点二：MTSi-Hedp-Zn耐腐蚀性研究

有疏水功能块的MTSi-Hedp保护层可以有效抑制锌金属负极在水系电解质中的腐蚀。由于其自身具备大量的疏水功能块（O-Si-CH3基团），可以有效实现锌负极表面去溶剂化，阻止活性水分子与锌负极的直接接触。采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)和差分电化学质谱(DEMS)评估其抑制析氢的能力，极少的副产物堆积和氢气析出量表明，MTSi-Hedp-Zn负极可有效抑制锌负极腐蚀。

图3 电极在 2 M ZnSO4 水溶液中浸泡一周的 SEM 图像：（a）锌箔和（b）MTSi-Hedp-Zn。 (c) Zn 和 MTSi-Hedp-Zn 电极在 2 M ZnSO4 水溶液中浸泡一周后的相应 XRD 图谱。 (d) 裸 Zn 和 (e) MTSi-Hedp-Zn 电极上电解质的接触角。 (f) 裸 Zn 和 MTSi-Hedp-Zn 电极在 2 M ZnSO4 水溶液中的线性极化曲线。 (g) 裸 Zn 和 (h) MTSi-Hedp-Zn 电极的 TOF-SIMS 映射图像（ZnO+ 物质）。 原位 DEMS 曲线显示在第一个循环期间释放 H2 气体：(i) Zn//Zn 和 (j) MTSi-Hedp-Zn//MTSi-Hedp-Zn 对称电池。 (k) Zn//Zn 和 MTSi-Hedp-Zn//MTSi-Hedp-Zn 电池在经历交替循环（1 mA cm-2 和 1 mAh cm-2）和静止过程时的电化学性能。

要点三：锌负极的稳定性和电化学性能

基于上述发现和分析，MTSi-Hedp-Zn电极在疏水功能块和亲锌构建块的多功能作用下表现出优异的电化学性能。MTSi-Hedp-Zn在2000小时内保持了优越的循环稳定性，并且始终保持着极低的极化电压，证明了其作为ZIBs的高性能锌负极的有效性。此外，在倍率性能测试中，MTSi-Hedp-Zn负极具有优异的循环可逆性和结构稳定性。在整个循环中，均能保持较小的极化电压和较低的能垒，这表明电极表面没有阻碍离子传导的有害副产物的积累，从而实现了极其可逆的镀锌/剥离。

图4 (a) 对于 1 mAh cm-2，对称电池在 1 mA cm-2 下的电流-电压曲线。 (b) 对称电池在第 25 次循环时的放大电压曲线。 (c) 对称电池在 0.5 到 10 mA cm-2 的不同电流密度下的倍率性能，容量为 1 mAh cm-2。 （ d ）在逐步增加的电流密度下对称电池的潜在演变。 (e) Zn//Zn 和 MTSi-Hedp-Zn//MTSi-Hedp-Zn 对称电池在 1 mA cm-2， 0.5 mAh cm-2 的长期电流-电压曲线。 (f) 原位光学显微镜观察 (f) 裸 Zn 和 (g) MTSi-Hedp-Zn 电极在 10 mA cm-2 下的 Zn 沉积。

要点四：无枝晶锌沉积行为

形成的MTSi-Hedp-Zn层可以在丰富的表面疏水O-Si-CH3基团下阻断水，促进Zn2+溶剂化鞘的去除。这种包含大量亲锌-Zn-O-P=O基团的保护层也促进了锌离子的迁移，为锌的沉积提供了更多的亲锌位点和形核位点。MTSi-和hedp-结构的协同效应使稳定的循环和快速的Zn2+动力学具有平坦的沉积形态。

图5. 50 次循环后电极的 SEM 图像：（a，b）裸 Zn； (c, d) MTSi-Hedp-Zn。 50 个循环后电极的光学表面轮廓测量图像：（e）裸锌和（f）MTSi-Hedp-Zn。 在 (g) 裸 Zn 和 (h) MTSi-Hedp-Zn 电极上沉积过程中 Zn 离子通量分布的模拟。 (i) 在裸锌箔（上）和 MTSi-Hedp-Zn 电极（下）上镀锌的示意图。

要点五：全电池的电化学性能研究

与CNT/MnO2正极材料匹配后，MTSi-Hedp-Zn//CNT/MnO2电池的放电容量可保持在194 mAh g-1,300次循环后可保持在84.2%. 与商用V2O5材料匹配后，全电池在3Ag-1条件下进行2000次循环后，也提供了稳定的循环和91.9%的高容量保留率。同时，MTSi-Hedp-Zn负极也在倍率性能测试和自放电测试中表现出极大的优势。

图5 (a) 使用 CNT/MnO2 正极在 1 A g-1 的电流密度下与裸 Zn 和 MTSi-Hedp-Zn 电极配对的全电池的循环比较。 在 2 C 下 100 次循环后阳极的 SEM 图像：（b）裸锌和（c）MTSi-Hedp-Zn。 (d) 循环前使用 CNT/MnO2 作为阴极材料的全电池的 EIS 曲线。 (e) 0.1 mV s 1 时的 CV 曲线。 (f) 自放电曲线。 (g) Zn//V2O5 和 MTSi-Hedp-Zn//V2O5 全电池在 3 A g-1 电流密度下的长期循环性能。 (h) MTSi-Hedp-Zn//CNT/MnO2 软包电池的照片。

Engineering multi-functionalized molecular skeleton layer for dendrite-free and durable zinc batteries， https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107426.

【通讯作者简介】

陈月皎 副教授简介：中南大学粉末冶金研究院副教授。2015年获湖南大学博士学位，之后在香港理工大学从事博士后研究（2016-2018年）。她的研究兴趣集中在高性能电池，如锌/锂离子电池和柔性能源设备。

陈立宝 教授简介：中南大学粉末冶金研究院教授。2007年毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获材料物理与化学博士学位。他的研究方向是特种锂电池和储能系统及其关键材料，包括宽温域锂离子电池、高比能锂金属电池和锌离子电池。

【第一作者介绍】

于铧铭 ：中南大学粉末冶金研究院2020级硕士研究生。主要从事水系锌离子电池和电容器的材料设计和性能优化，包括锌负极表面修饰、结构试剂和电解液优化等。

绿矾的成份是FeSO4·7H2O

检验Fe2+,可以滴几滴KSCN溶液,若不变色,再滴加新制氯水,如果溶液变血红色,说明含有Fe2+（Fe2+被氯水氧化成Fe3+,Fe3+使SCN-显色用ICP-MS可以测试出里面的金属离子含量 谢谢，现在打算用紫外-可见光谱仪扫描个光谱，不知道能不能成功，对于烘干后的固体产物鉴别，可先使用XRD测试，再辅助以PDF卡片资料进行。对于未知溶液的成分鉴定，我想说在实验室工作过的同志们或多或少都做过类似这样的工作吧，因为多数人实验习惯很差，zui重要的是经常作死不贴标签!!!

对于未知溶液里的物质组成，到底有没有什么好方法?有人会说：“去北京十号线过个安检就知道了!”......咦?为什么不去1号线?

“来人，上 GC-MS!”

一上来就用GC-MS的人...小编我只能说，好!你是土豪! 可是GC-MS真的能给出满意答案吗? 再说了，要是溶液含有一点无机盐，那可能直接把仪器给整废了。如果再含有有高浓度的HF，那估计你就只能呵呵了......有钱也不能那么任性哒!

好了，不开玩笑，说重点!有人严肃的说：这是不可能完成的任务!但小编我认为咱们分析化学这么多年，如果搞不定这点事儿还是很伤自尊的!

记得高中化学时学过，对于未知溶液，闻一闻其实是zui常用的方法，你们实验室是否有这样一个师兄：他负责处理废液，碰到有的同学废液瓶上没写废液成分的，就直接拧开盖闻......也是蛮拼的!致敬!

回归正题!首先我们要设想，这瓶溶液中可能既有无机物，又有有机物。那么接下来我们就要理下思路，要如何经过一系列的检测手段，去定量测定溶液中所含的物质。

目前可用于检测物质的手段很多，大部分只能检测部分物质，有其局限性。光谱分析理论上能做到同时检测液体中分子形式存在的物质。光谱分析技术如傅立叶红外光谱、近红外光谱、紫外-可见光谱、光声光谱等。

随着激光技术的发展，激光拉曼光谱分析技术作为一种快速、无损、、准确的检测方法，适用于液体中物质检测。由于不同分子产生的拉曼频移不同，因此通过光谱图的频移可以知道物质。

反正一句话，对于一点信息都没有的一瓶溶液，你要有这个觉悟：基本不可能用单一的分析方法测定!

方案一：

如何简单判断成分是是有机还是无机?

1.如果物质不是聚合物或者分子量很大的物质的话，一般小分子有机物在300°应该会融化的，可以用EDX能量分析光谱仪来测所含元素

2.在紫外灯下看一下，如果能显色是有机物，反之是无机物。

再进行液液萃取。萃取可以把有机成份从水里取出来，可以得到大部分的有机成份。然后有机相进GC-MS分析，无机元素使用ICP-MS分析。

方案二：

首先，从外观判断，看颜色，有无气味，有无沉淀物，是否可燃，是否具有腐蚀性(对金属，玻璃)，是否易挥发。

其次，再采取蒸馏、冷凝、煮干的方法，收集不会冷凝的气体测GC-MS，冷凝后的液体测LC-MS，剩下的结晶物测XRD，结晶物酸溶解后测ICP-MS

zui后，反正要么就是有机物，要么就是无机物，分析比对呗(每次实验时不要用完所有样品，蒸馏的时候尽量无氧环境，如果加热变色，冷却后会不会变回去都能提供线索)。

方案三：

我们假设它是水溶液，无色无味，没有特别的粘稠。不和玻璃容器发生反应。猛撸瓶子也不会出现肥皂水一样的泡沫。简单的物理观察就可以排查出很多信息，然后才开始做化学分析。做化学分析每一步都是烧钱杀时间，因此也要优先选择快速、廉价的方法。还有更重要的一点，是要尽量少消耗待测液，因为它是非常有限的资源。所以无损测试要优先使用。

首先，当然是测pH。

只要一滴水，和低成本的试纸，就可以看出它是哪种属性。红的是酸，蓝的是碱，变白了是氧化剂。当然，如果变黑那可能就是浓硫酸了。。。

然后测导电率和还原电势。

这在初期也是很重要的，因为它可以告诉你有多少电解质在里面，基本就等于告诉你有没有无机溶质。氧化还原势可以帮你估计里面有没有氧化物。这个测试非常简单也非常快。

然后用UV以及荧光光谱。UV光谱虽然不能用来进行定性检测，但是它可以用来排除很多有机物。比如芳香类化合物和配位化合物会在特定的区段吸收。另外，如果幸运的话还有荧光发射，就可以直接找出该化合物。

这两种方法给出的信息量不大，选择优先使用，因为这两种方法的成本低，而且是无损检测。

TGA/DSC同步热分析仪：这是走向本质的一步了。就是把一滴溶液放在铂托盘上，慢慢加热，检测失重曲线和热量吸放曲线。这个测试可以告诉你溶液浓度，有没有挥发性的溶质，以及有没有会受热分解的盐，缺点是时间可能会很长。这一步的分解后的固体可以用SEM-EDX来测元素成分。

ICP-OES：这个测试比较昂贵也很耗时，但是基本可以检测出周期表上大部分的元素了。在检测出元素成份之后需要配制标准样本才能做定量测定，会耗费相当多的时间。

GC-MS/HPLC/毛细管电泳：走到这一步的时候，你应该对溶液里的溶质有个大概的了解了。这些方法的难点在于，实验的条件是由待测液的成份来决定的。不论GC还是LC，选用正确的Column，正确的流速都是非常重要的。如果不知道要分析的东西是什么，就很难选择条件。条件不正确，不同物质的峰可能就叠在一块而无法分析。

另外还有一些方法也可以用作辅助的方法。比如COD 和 TOC 主要用于测定有机物含量的，但是无法得知是哪些化合物。ATR-IR 红外光谱，可以用来检测官能团，但同样不能单独作定性分析。循环伏安法，测定是否有氧化还原对，以及加铁离子，看有没有显色等等。

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