综述：稀土掺杂金属氧化物纳米材料在超级电容器中的研究进展

这篇综述系统探讨了稀土（RE）掺杂金属氧化物（MO）纳米材料对超级电容器（SCs）性能的优化机制。通过调控晶体结构、电子态和表面化学活性，RE掺杂显著提升了材料的比电容、循环稳定性和导电性（如CeO2/MnO2复合体系），为开发高能量/功率密度储能器件提供了新思路。

　　

Abstract
金属氧化物纳米材料因其高理论比容量、低毒性和易加工性成为超级电容器（SCs）研究的热点。然而，其本征导电性差和表面活性不足限制了实际应用。稀土（RE）元素的引入通过4f轨道电子调控，可有效改善材料能带结构、离子扩散速率和氧化还原活性，使复合体系的比电容提升30%-200%。

Introduction
化石能源危机推动了对可持续储能器件的需求。SCs凭借快速充放电和长循环寿命脱颖而出，但其能量密度不足亟待解决。稀土（如Eu、Gd、Ce）独特的4f电子构型使其成为理想的掺杂剂，通过晶格应变效应和表面缺陷工程，显著优化MnO₂、NiO等金属氧化物的电荷存储能力。

Basics of supercapacitor
SCs通过电极/电解质界面双电层（EDL）或法拉第反应储能。其电容值C=εA/d，其中ε为介电常数，A为有效表面积。RE掺杂可同时增大A（通过介孔结构）和ε（通过极化增强），实现性能协同提升。

Importance of doping
以Ag掺杂CuO为例，掺杂剂通过引入中间能级使电导率提升3个数量级。RE元素更因可变价态（如Ce³⁺/Ce⁴⁺）可产生额外氧化还原活性位点，使NiCo₂O₄的比电容达到1582 F/g。

REE doped metal oxides
La掺杂SnO₂通过晶格畸变将比表面积增至214 m²/g；Eu³⁺的4f-3d耦合使Fe₃O₄电荷转移电阻降低72%。但需注意离子半径匹配度，如Gd³⁺（0.94?）与Zn²⁺（0.74?）过大的错配会导致相分离。

REE oxide hybrids
CeO₂-MnO₂核壳结构通过氧空位传导机制，在2 A/g电流密度下保持93%容量（5000次循环）。理论计算表明，Yb₂O₃与Co₃O₄界面处的电荷重分布使吸附能降低0.8 eV。

Performance comparison
对比显示，单RE掺杂（如Sm:NiO）通常使电容提升1.5倍，而RE氧化物复合（如Nd₂O₃@TiO₂）可实现2.3倍增幅。但现有研究多局限于三电极水系体系，固态器件报道不足。

Conclusion and future prospects
需加强固态器件开发和理论模拟研究，特别是4f电子与过渡金属3d轨道的杂化机制。通过机器学习优化RE元素组合（如Dy-Y共掺杂），可能突破现有性能瓶颈。