ACS Nano：功能性有機鋅螯合物，無枝晶的鋅負極

水系鋅金屬電池由于嚴重的水腐蝕和枝晶生長，導(dǎo)致電池快速循環(huán)降解。

為解決這些問題，中南大學(xué)Yuejiao Chen，Libao Chen在鋅（Zn）金屬表面設(shè)計了一種具有良好親鋅性能和特殊納米級三維（3D）顆粒結(jié)構(gòu)的高抗水性Znx-二乙烯三胺五(亞甲基膦酸)界面層。

文章要點

1）實驗結(jié)果結(jié)合理論分析和COMSOL模擬結(jié)果表明，這種鋅基有機配合物中的疏水基團是防止H2O對Zn負極表面進行破壞的決定性因素。同時，亞甲基膦酸基與鋅的相互作用形成大量的鋅離子吸引位，為鋅離子的快速吸附和遷移提供了離子通道。而表面發(fā)達的納米顆粒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋅離子通量重新分布，表面Zn沉積均勻致密。

2）在協(xié)同作用下，這種修飾的Zn負極具有長達1300 h的循環(huán)壽命，在5 mA cm?2處有較低的極化電壓。此外，研究人員還展示了基于該負極組裝的全電池池（包括Zn//V2O5和Zn//MnO2電池）。

該工作通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和在表面構(gòu)建保護層兩個概念的結(jié)合，提供了一條簡單、低成本、高效的途徑來制備高性能的鋅負極，從而為蓬勃發(fā)展的水系鋅金屬電池提供了一條途徑。

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有機微量的優(yōu)勢

2.1 生物利用效價高

有機微量元素與無機微量元素相比，有機微量元素的生物利用率較高。主要是因為一般的微量元素?zé)o機鹽和有機鹽被動物體攝入后，必須先要借助輔酶的作用，與氨基酸或者其他物質(zhì)形成螯合物或絡(luò)合物，才能夠被機體吸收。吸收后的金屬元素與蛋白質(zhì)結(jié)合被運送到機體所需要的部位時才能發(fā)揮功效。蛋氨酸鋅、蛋氨酸銅等氨基酸螯合物或絡(luò)合物是動物體吸收和轉(zhuǎn)運金屬離子的主要形式，也是動物體內(nèi)合成蛋白過程主要的中間產(chǎn)物，采用該形式不僅吸收快，而且能夠減少許多生化過程，節(jié)約能量的消耗，從而使其具有較高的生物學(xué)效價。另外，動物體內(nèi)存在必需氨基酸庫，配體為必需氨基酸的有機微量元素更容易以氨基酸或小肽的形式儲藏在體內(nèi)，防止被快速代謝，從而增加動物微量元素體貯備。因此，相較于無極微量元素，有機微量元素用量更少，安全性和效益更高。

2.2 減少礦物元素相互拮抗

無機微量元素具有不穩(wěn)定和易結(jié)合的特點，發(fā)生相互作用的可能性要比其他物質(zhì)容易。這些作用發(fā)生在飼料之間，在消化道組織和細胞代謝過程中微量元素之間以及與常量元素之間在吸收排泄、轉(zhuǎn)運代謝、功能發(fā)揮等過程中存在許多拮抗。這拮抗作用發(fā)生在消化道中的主要形式是：①元素間發(fā)生簡單的化學(xué)反應(yīng)。如日糧內(nèi)鎂過多，在消化道內(nèi)可形成磷酸鎂，從而阻礙磷的吸收。②被膠體顆粒吸附。如鐵與錳有相同的電子軌道 、構(gòu)型和配位數(shù)，可固定于非溶性的鎂鹽或鋁鹽表面，從而使鐵與錳在消化道的吸收減少。③離子在腸壁上競爭載體。銅與鋅都是在小腸吸收，它們在金屬硫蛋白或腸粘膜中可互相競爭結(jié)合部位，從而導(dǎo)致互相吸收抑制。有機微量元素在動物機體內(nèi)的吸收與無機鹽不同，氨基酸及蛋白螯合物利用肽和氨基酸的吸收機制，以氨基酸或肽的形式被吸收。因此不存在相互拮抗的作用，從而用量更可控，更合理。 

2.3 避免與飼料中的抗營養(yǎng)因子拮抗 

無機微量元素在動物腸道內(nèi)能與纖維、植酸等結(jié)合在一起形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，如中性洗滌纖維（NDF）能與二價鐵結(jié)合影響吸收；植酸能與二價的銅、鐵、鋅結(jié)合生成沉淀，從而降低吸收；而有機微量元素中的金屬離子位于螯合物中心，與配體通過配位和共價鍵結(jié)合后，其分子內(nèi)電荷趨于中性，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不會被日糧中的抗營養(yǎng)因子結(jié)合而影響吸收。

2.4 抗氧化和提高免疫的能力更強

近年來大量的研究表明，有機微量元素在提高免疫功能，改善腸道健康和減少應(yīng)激方面優(yōu)于無機鹽微量元素。能夠增強機體的抗疼痛能力，大限度的提高機體的免疫應(yīng)答反應(yīng)，促進細胞免疫和體液免疫，發(fā)揮抗應(yīng)激和抗病的作用。

2.5 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

無機鹽分子中，陰、陽離子通過靜電形成不夠穩(wěn)定的離子鍵，所以極易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定；而有機微量以微量元素離子為中心，將氨基酸中的氧和氮原子包裹在微量元素的外面，將微量元素封閉起來，這使得它具有比較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，也使得分子內(nèi)電荷趨于中性，在體內(nèi)可以有效保護金屬離子，從而使金屬離子避免與胃腸道中的胃酸和日糧中的其他成分等物質(zhì)發(fā)生不良反應(yīng)。尤其氨基酸螯合物是通過配位共價鍵結(jié)合，其穩(wěn)定性比通過離子鍵結(jié)合的絡(luò)合物更高。

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結(jié)束語

微量元素是奶牛不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)，過量和不足都會對機體造成不良影響。相較于無機微量元素，有機微量元素對增加奶牛采食量，提高生長速度和繁殖力，改善產(chǎn)品品質(zhì)和機體免疫力、抗氧化功能，降低應(yīng)激等方面均有促進作用；其更好的安全性、穩(wěn)定性可以有效避免微量元素對其他營養(yǎng)物質(zhì)的破壞，減少微量元素的拮抗，提高微量元素的利用效率和養(yǎng)殖安全。