多金属氧酸盐基电极材料的分子设计与协同策略：高性能超级电容器的创新之路

面对全球能源短缺与环境挑战，哈尔滨师范大学团队聚焦超级电容器(SCs)电极材料瓶颈，系统研究多金属氧酸盐(POMs)的分子结构设计与复合策略。通过纳米结构调控和界面工程优化，开发出兼具高能量密度和优异循环稳定性的POM基复合材料、晶体材料及杂化体系，为下一代储能器件提供创新解决方案。

　　

能源危机与环境污染的双重压力下，超级电容器(SCs)因其高功率密度、快速充放电特性成为储能领域的研究热点。然而，传统碳基电极材料的能量密度瓶颈严重制约其发展。多金属氧酸盐(POMs)凭借独特的分子结构、多电子氧化还原活性及质子传导能力，被视为突破这一瓶颈的理想材料。但POMs存在导电性差、循环稳定性不足等固有缺陷，如何通过分子设计实现性能优化成为关键科学问题。

哈尔滨师范大学的研究团队在《Materials Science and Engineering: B》发表综述，系统阐述了POMs在SCs电极材料中的研究进展。研究采用结构表征（如X射线衍射）、电化学测试（循环伏安法、恒电流充放电）及材料复合技术（原位合成、界面修饰），重点分析了Keggin型、Dawson型等POMs的结构特性与性能关联。

POM基复合材料
通过将POMs与碳纳米管(CNTs)、石墨烯等导电基质复合，解决了电子传输效率低的问题。例如POM/CNT复合材料比电容提升3倍，循环寿命突破5000次。

POM基晶体材料
利用有机配体构建POM基晶体框架，获得可调控的孔道结构和氧化还原位点。银ton型POM晶体在3M H₂
SO₄
电解液中展现210 F g^-1
的比电容。

POM@MXene杂化体系
MXene的层状结构为POMs提供锚定位点，杂化材料在柔性器件中实现15.8 Wh kg^-1
的能量密度，弯曲1000次后电容保持率达92%。

固态储能应用
将POMs嵌入聚合物电解质制备全固态SCs，工作电压窗口扩展至2.5V，-20℃下仍保持80%室温容量。

该研究揭示了POMs分子结构与电化学性能的构效关系，提出"电子海绵效应"增强机制：POMs的多金属核可同时存储多个电子，其氧化还原电位差（ΔE>0.5V）有效拓宽电压窗口。团队还创新性地提出"界面质子协同传输"模型，解释POMs在酸性电解液中的快速动力学特性。

研究结论指出，POM基材料通过三种协同路径提升SCs性能：① 纳米限域效应抑制POMs溶解；② 导电网络加速电荷转移；③ 晶体工程调控活性位点暴露。未来需重点解决有机电解液兼容性、规模化制备等问题。这项工作为分子级电极材料设计提供了新范式，推动SCs向高能量密度、长寿命方向发展。