镧离子掺杂调控Mn2O3电子结构构建长循环水系锌离子电池正极材料

本研究通过超声辅助自组装与高温热解协同策略，成功构建镧掺杂Mn2O3纳米花结构（US-LMO）。La3+掺杂通过电荷补偿机制调控锰价态分布，增强Zn2+吸附能（2.097 eV）并提升电荷转移量，显著改善AZIBs的倍率性能与循环稳定性（3000次循环后保持63.9 mAh g?1）。

　　

亮点

通过超声驱动自组装与高温热解协同策略合成层级结构镧掺杂Mn₂O₃纳米花（US-LMO）。La³⁺掺杂有效调控锰价态分布，富集低价Mn物种并诱导晶格收缩，缓解Zn²⁺嵌入/脱出过程中的静电排斥效应，增强离子扩散。密度泛函理论（DFT）计算表明镧掺杂将Zn²⁺吸附能提升至2.097 eV（未掺杂体系为1.455 eV），同时使电荷转移量近乎翻倍。

结构形貌表征

US-LMO的合成采用两步法：首先通过超声清洗机超声辅助组装制备镧掺杂MnBTC（US-LaMn-BTC）前体，随后以该前体作为自牺牲模板，经高温热解形成纳米花结构US-LMO。

为探究结构演变，系统进行了X射线衍射（XRD）分析。

结论

综上所述，通过超声辅助自组装结合高温热解策略成功合成镧掺杂Mn₂O₃纳米花结构（US-LMO），其作为水系锌离子电池（AZIBs）正极材料展现出卓越潜力。La³⁺掺杂通过主客体Mn³⁺离子间大半径差异驱动的电荷补偿机制，有效调控锰价态分布。