钴掺杂调控合成CoMnO3微球：一种高性能超级电容器电极材料的设计与性能研究

为解决锰基氧化物导电性差（10?5–10?6 S cm?1）和活性位点不足的问题，研究人员通过钴掺杂调控水热-煅烧法合成钙钛矿相CoMnO3微球，获得699 F g?1（2 mV s?1）的高比电容和优异循环稳定性，为高性能超级电容器（SCs）电极材料设计提供新策略。

　　

研究背景与意义
超级电容器（SCs）因其快速充放电、高功率密度和长循环寿命成为能源存储领域的研究热点，但其能量密度受限于电极材料性能。锰基氧化物虽具有1370 F g^?1的理论比电容，却因低电导率和有限活性位点难以发挥潜力。钴掺杂被证明可优化锰氧化物性能，但传统钴锰氧化物（如CoMn₂O₄）多为尖晶石结构，而钙钛矿型CoMnO₃的研究鲜有报道。安徽高校团队通过精准调控钴掺杂量，首次实现Mn₂O₃向CoMnO₃的晶体结构转变，为SCs电极材料设计开辟新路径。

关键技术方法
研究采用水热-煅烧两步法：以CoCl₂·6H₂O和MnCl₂·4H₂O为前驱体，葡萄糖为碳源，尿素为沉淀剂，200°C水热12小时后直接煅烧获得CoMnO₃微球。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学测试系统表征材料结构、形貌与性能。

研究结果

1. 结构调控机制：钴掺杂量决定相变路径，依次形成Mn₂O₃→Co-Mn₂O₃→Co-Mn₃O₄→CoMnO₃，最终获得ABO₃型钙钛矿结构。
2. 形貌特征：CoMnO₃呈现微米级球形形貌，表面纳米孔隙提供丰富活性位点，有效抑制颗粒团聚。
3. 电化学性能：CoMnO₃在2 mV s^?1下比电容达699 F g^?1，优于对比样品（Mn₂O₃仅318 F g^?1），5000次循环后容量保持率超90%。

结论与展望
该研究通过钴掺杂精准控制晶体结构转变，成功合成钙钛矿型CoMnO₃微球，其协同效应（钴锰离子协同、多孔微球结构）显著提升电化学性能。成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为设计新型钙钛矿电极材料提供理论依据，但规模化制备工艺仍需进一步优化。