梯度材料由于梯度成分分布賦予其在特定工作條件下優異的環境適應性而受到廣泛關注。然而，連續梯度材料的通用、精確可控合成仍然是一項挑戰。在此，通過將動態濃度調節方法與靜電紡絲技術相結合，開發了一種制備具有不同組分和梯度分布的連續梯度復合膜（GCFs）的通用策略。可以準確調節這類GCFs中的梯度成分分布。此外，能夠以可控的梯度取向將多種功能材料分別或同時引入到連續梯度復合薄膜中。作為概念驗證，研究者制備了含VO納米粒子的GCFs，并將其用作水系鋅離子電池的正極。電極內梯度成分分布和電子/離子傳輸的匹配有助于確保超高容量和優異的倍率性能。該策略的通用性和易用性使其成為設計具有所需組件和梯度分布的連續GCFs的有希望的途徑，以實現連續梯度復合膜的多領域潛在應用價值。
圖1.GCFs的制備。（a）GCFs的制備示意圖。（b）含有和不含PAN的梯度VOC2O4溶液中前體分布的示意圖。（c）含有和不含PAN的梯度VOC2O4溶液在不同時間的光學圖像。參數（d）A（0）、（e）v1和（f）v2對梯度溶液濃度分布的依賴性。
圖2.GCFs的特征。（a）梯度VOC2O4前體膜和（b）VO-GCFs的光學圖像。（c）XRD圖譜比較。（d）濃度分布曲線（插圖顯示VO-GCFs的橫截面SEM圖像）。（e）均質復合膜和VO-GCFs不同區域選定樣品層的XPS全光譜和（f）V2p光譜。（g）均質溶液和梯度溶液在不同分布范圍內的濃度分布曲線（插圖為薄膜的成分含量）。（h）均質復合膜和具有不同VO梯度分布的GCFs的應力-應變曲線。（i）不同VO含量的復合薄膜的電導率。
圖3.VO-GCFs的形貌表征。復合納米纖維（a）底部、（b）中部和（c）頂部區域的SEM、TEM和TEM元素映射圖像。
圖4.單添加劑和多添加劑GCFs的制備和形貌表征。使用（a）單一添加劑、（b）兩種添加劑、（c）三種添加劑以及（d）具有逆成分分布的兩種添加劑制備梯度前體薄膜的示意圖。（e）Co-GCFs、（f）Fe3O4/Co-GCFs、（g）VO/Fe3O4/Co-GCFs和（h）梯度成分分布方向相反的Fe3O4/Co-GCFs中底部、中部和頂部區域的復合納米纖維的SEM和TEM圖像。
圖5.基于梯度上升、均質和梯度下降VO基正極的ZIBs的電化學性能。（a）基于梯度上升正極的ZIBs的示意圖。（b）1.0mV/s時的CV曲線。（c）2.0A/g時的GCD曲線。（d）倍率性能。（e）5A/g下的循環性能。
圖6.基于梯度上升、均質和梯度下降VO基正極的ZIBs的動力學表征。（a）梯度上升和均質正極中Zn2+離子、電子和活性材料分布的示意圖。（b）正極內的Zn2+離子和電子電流密度分布曲線。（c）正極內電解質相中歸一化的Zn2+離子濃度分布曲線。（d）log（峰值電流）與log（掃描速率）的關系圖。（e）不同掃描速率下的電容貢獻。（f）梯度上升正極的GITT曲線。（g）放電過程中的Zn2+離子擴散系數。（h）EIS曲線。
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