阳离子取代诱导高熵钙钛矿氧化物电子重构提升超级电容器性能

为解决超级电容器能量密度低和电子结构调控困难的问题，吉林大学研究人员通过Sm掺杂La位点设计出La1-xSmx(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cr0.2)O3高熵钙钛矿氧化物（HEPOs）。该材料在0.5 A g-1电流密度下实现1367.3 F g-1超高比电容，组装的非对称超级电容器（ASC）能量密度达41.2 Wh kg-1，循环10000次后容量保持率87.1%。研究揭示了A位掺杂诱导B位电子重排的机制，为高性能储能材料设计提供新思路。

　　

在全球能源危机与环境问题日益严峻的背景下，开发高效稳定的储能系统成为清洁能源利用的关键。超级电容器（SCs）因其高功率密度和长循环寿命备受关注，但较低的能量密度限制了其在高能耗场景的应用。传统钙钛矿氧化物（ABO₃）虽可通过A/B位调控优化性能，但高熵效应与电子结构的协同调控机制尚不明确。

吉林大学的研究团队在《Progress in Solid State Chemistry》发表研究，通过溶胶-凝胶法和低温煅烧工艺，成功合成Sm掺杂的高熵钙钛矿氧化物La_1-xSm_x(Mn_0.2Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cr_0.2)O₃（LaSmTMO₃-x）。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电化学测试等技术，系统研究了材料结构与性能的关系。

Results and Discussion

1. 结构表征：XRD证实Sm掺杂导致晶格收缩（Pm-3m空间群），XPS显示B位过渡金属（Mn/Fe/Co/Ni/Cr）呈现多价态共存，表明Sm³⁺取代La³⁺引发电子重排。
2. 电化学性能：最优组分LaSmTMO₃-0.2在0.5 A g^-1下比电容达1367.3 F g^-1，优于未掺杂样品（~800 F g^-1）。组装的ASC器件能量密度41.2 Wh kg^-1（功率密度400 W kg^-1），循环稳定性提升至87.1%（10000次）。
3. 机制分析：Sm掺杂诱导晶格畸变和氧空位形成，促进B位金属活性位点暴露；电子重排增强混合离子-电子传导（MIEC），加速反应动力学。

Conclusion
该研究首次通过A位Sm掺杂实现高熵钙钛矿B位电子结构的精准调控，揭示了阳离子取代-晶格畸变-电子重排-性能提升的构效关系。提出的"高熵效应协同价态工程"策略为设计新一代储能材料提供了理论依据，推动钙钛矿氧化物在能源存储与转换领域的应用。