多路径电子转移界面修饰：兼具高导电性与耐腐蚀性的稳定锐钛矿复合功能材料

针对TiO2基导电材料导电性与稳定性难以协同提升的难题，研究人员通过Zn2+掺杂与石墨烯(G)复合策略，创新性地构建了Zn-O/Zn-C多路径电子转移通道，制备出电阻率低至0.041 Ω·cm、防护效率达99.50%的Zn2+-TG功能材料。该研究通过DFT计算揭示了Zn2+与G的协同作用机制，为柔性电子器件与能源存储材料开发提供了新思路。

　　

在现代工业领域，导电涂层如同电子设备的"血管网络"，其性能直接决定设备的可靠性与寿命。然而传统导电陶瓷涂层面临两大困境：制备工艺复杂导致成本居高不下，刚性结构难以适应柔性电子器件的变形需求。钛二氧化物(TiO₂)虽具优异化学稳定性，但其绝缘本性（电阻率>10¹⁰ Ω·cm）成为制约应用的"阿喀琉斯之踵"。尽管通过Fe³⁺、Co²⁺等过渡金属掺杂可提升导电性，但磁性离子引发的载流子散射又会降低迁移率；而Mg²⁺等碱土金属虽能稳定结构，却因缺乏d轨道难以有效调控能带。这种"导电性-稳定性"的跷跷板效应，成为材料科学家亟待破解的难题。

辽宁某高校研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究中，另辟蹊径选择具有d¹⁰电子构型的Zn²⁺作为掺杂剂，其0.74 ?离子半径与Ti⁴⁺(0.61 ?)高度匹配，1.65的电负性可稳定氧空位。更巧妙的是，团队将锌掺杂与石墨烯复合相结合，通过乙酸体系水热法成功制备Zn²⁺-TG功能材料，构建了Zn-O-Ti-C跨界面电子高速公路。

研究采用三大关键技术：1）梯度浓度Zn²⁺掺杂水热合成（0.03-0.21g锌乙酸变量控制）；2）静电自组装构建TiO₂/石墨烯异质结；3）第一性原理计算(DFT)解析电子转移路径。通过SEM/TEM观察到石墨烯边缘的褶皱结构为Zn²⁺提供了锚定位点，XPS证实Zn 2p_3/2峰位于1021.5 eV，表明Zn成功掺入TiO₂晶格。

研究结果揭示

1. 晶体结构分析：XRD显示Zn²⁺掺杂使锐钛矿相(101)晶面间距从0.352 nm扩大至0.356 nm，这种可控晶格畸变为电子传输创造了通道。
2. 导电机制：DFT计算表明Zn 3d轨道与石墨烯π轨道形成弱杂化，建立双路径导电网络（Zn-O-Ti与Zn-C），载流子浓度提升3个数量级。
3. 性能突破：最优样品电阻率仅0.041 Ω·cm，较未掺杂TiO₂降低10⁸倍；盐雾试验显示腐蚀电流密度低至0.12 μA/cm²，防护效率达99.50%。

结论与展望
该研究开创性地提出"离子掺杂-碳材料复合"协同策略，突破单组分改性的性能天花板。Zn²⁺-TG材料兼具环境友好特性（制备过程无重金属排放），其108.0±0.8°的水接触角显示优异亲水性，为生物传感器电极材料开发铺平道路。正如通讯作者Tao E指出，这种多尺度界面工程策略可拓展至其他半导体材料体系，为下一代柔性电子器件提供通用性设计范式。