钙掺杂双钙钛矿La2 CoMnO6 纳米颗粒的简易合成及其高性能超级电容器电极应用

研究人员通过溶胶-凝胶法合成钙掺杂双钙钛矿La2-2x Ca2x CoMnO6 纳米颗粒，解决了传统电极材料能量密度低、循环稳定性差的问题。结果表明，La1.7 Ca0.3 CoMnO6 在1 A·g?1 电流密度下具有377.8 F·g?1 的高比电容，3000次循环后效率保持96%以上，为高性能超级电容器设计提供了新思路。

　　

随着全球能源需求激增和气候问题加剧，开发高效、清洁的储能技术成为当务之急。超级电容器（Supercapacitor）因其高功率密度和长循环寿命被视为理想候选，但其能量密度不足制约了实际应用。传统电极材料如碳基材料或导电聚合物存在比电容低或稳定性差的缺陷，而过渡金属氧化物虽性能优异却面临合成工艺复杂、成本高昂的挑战。在这一背景下，双钙钛矿材料（Double Perovskite）因其独特的A₂
BB'O₆
晶体结构和可调控的电子特性崭露头角，尤其是La₂
CoMnO₆
在磁性和催化领域的潜力已得到验证，但其在电化学储能中的应用仍需探索。

为解决上述问题，中国研究人员通过溶胶-凝胶法（Sol-Gel）合成了一系列钙掺杂La_2-2x
Ca_2x
CoMnO₆
（x=0, 0.1, 0.15, 0.2）纳米颗粒，系统研究了掺杂对材料结构和电化学性能的影响。研究发现，适度钙掺杂可优化材料比表面积和氧空位浓度，La_1.7
Ca_0.3
CoMnO₆
在1 A·g^?1
电流密度下实现377.8 F·g^?1
的比电容，且3000次循环后容量保持率超96%。该成果发表于《Journal of Energy Storage》，为高性能超级电容器电极设计提供了新策略。

关键技术方法
研究采用溶胶-凝胶法合成材料，结合热重分析（TG）确定最佳煅烧温度（600°C），通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征晶体结构和形貌，利用X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，最后通过循环伏安（CV）和恒电流充放电（GCD）测试电化学性能。

研究结果

Structure and morphology
TG和XRD分析表明，600°C煅烧可获得纯相双钙钛矿结构，Ca掺杂导致晶格收缩。SEM显示材料呈均匀纳米颗粒形貌，掺杂后比表面积从35 m²
·g^?1
（x=0）提升至48 m²
·g^?1
（x=0.15），为电荷存储提供更多活性位点。

Electrochemical properties
CV曲线显示所有样品均呈现准矩形特征，表明电容行为以双电层为主。GCD测试证实La_1.7
Ca_0.3
CoMnO₆
具有最高比电容（377.8 F·g^?1
），优于未掺杂样品（289.5 F·g^?1
）。XPS揭示Ca²⁺
取代La³⁺
引发氧空位和Co/Mn价态变化，从而增强电荷传输。

Conclusion
该研究证实钙掺杂可显著提升La₂
CoMnO₆
的电化学性能，其机制包括：1）晶格畸变增加表面缺陷密度；2）氧空位促进离子扩散；3）价态补偿优化电子传导。La_1.7
Ca_0.3
CoMnO₆
的优异循环稳定性（96%保持率）使其具备产业化潜力，为开发下一代高能量密度超级电容器奠定了基础。

讨论与意义
相比现有双钙钛矿电极如Y₂
NiMnO₆
（70.17%循环保持率）和Ni₂
ZnMoO₆
（91.37%保持率），本研究材料在比电容和稳定性上均实现突破。成果不仅拓展了双钙钛矿在储能领域的应用，其“掺杂-结构-性能”调控策略还可推广至其他过渡金属氧化物体系，对推动清洁能源技术发展具有重要意义。