ACS Nano：功能性有機(jī)鋅螯合物，無枝晶的鋅負(fù)極

水系鋅金屬電池由于嚴(yán)重的水腐蝕和枝晶生長(zhǎng)，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(jì)了一種具有良好親鋅性能和特殊納米級(jí)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(diǎn)

1）實(shí)驗(yàn)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(jī)配合物中的疏水基團(tuán)是防止H2O對(duì)Zn負(fù)極表面進(jìn)行破壞的決定性因素。同時(shí)，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(dá)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(fù)極具有長(zhǎng)達(dá)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(fù)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(jì)和在表面構(gòu)建保護(hù)層兩個(gè)概念的結(jié)合，提供了一條簡(jiǎn)單、低成本、高效的途徑來制備高性能的鋅負(fù)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(jī)微量的優(yōu)勢(shì)

2.1 生物利用效價(jià)高

有機(jī)微量元素與無機(jī)微量元素相比，有機(jī)微量元素的生物利用率較高。主要是因?yàn)橐话愕奈⒘吭責(zé)o機(jī)鹽和有機(jī)鹽被動(dòng)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(jī)體吸收。吸收后的金屬元素與蛋白質(zhì)結(jié)合被運(yùn)送到機(jī)體所需要的部位時(shí)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(dòng)物體吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)金屬離子的主要形式，也是動(dòng)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(jià)。另外，動(dòng)物體內(nèi)存在必需氨基酸庫(kù)，配體為必需氨基酸的有機(jī)微量元素更容易以氨基酸或小肽的形式儲(chǔ)藏在體內(nèi)，防止被快速代謝，從而增加動(dòng)物微量元素體貯備。因此，相較于無極微量元素，有機(jī)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(jī)微量元素具有不穩(wěn)定和易結(jié)合的特點(diǎn)，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(xì)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(yùn)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(jiǎn)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(jìng)爭(zhēng)載體。銅與鋅都是在小腸吸收，它們?cè)诮饘倭虻鞍谆蚰c粘膜中可互相競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合部位，從而導(dǎo)致互相吸收抑制。有機(jī)微量元素在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的吸收與無機(jī)鹽不同，氨基酸及蛋白螯合物利用肽和氨基酸的吸收機(jī)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?fàn)I養(yǎng)因子拮抗 

無機(jī)微量元素在動(dòng)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(jià)鐵結(jié)合影響吸收；植酸能與二價(jià)的銅、鐵、鋅結(jié)合生成沉淀，從而降低吸收；而有機(jī)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(jià)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(huì)被日糧中的抗?fàn)I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(qiáng)

近年來大量的研究表明，有機(jī)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(jī)鹽微量元素。能夠增強(qiáng)機(jī)體的抗疼痛能力，大限度的提高機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)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(jī)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(jī)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(hù)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(jià)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，過量和不足都會(huì)對(duì)機(jī)體造成不良影響。相較于無機(jī)微量元素，有機(jī)微量元素對(duì)增加奶牛采食量，提高生長(zhǎng)速度和繁殖力，改善產(chǎn)品品質(zhì)和機(jī)體免疫力、抗氧化功能，降低應(yīng)激等方面均有促進(jìn)作用；其更好的安全性、穩(wěn)定性可以有效避免微量元素對(duì)其他營(yíng)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。