铜掺杂诱导NaMn1-xCuxO2相变的结构解析与月桂衍生硬碳协同提升钠离子电池性能

研究人员通过Cu2+掺杂调控NaMn1-xCuxO2层状阴极材料，结合月桂衍生硬碳(HC)阳极，利用原位X射线吸收谱(XAS)和密度泛函理论(DFT)揭示了Cu抑制Jahn-Teller畸变、提升Na+扩散动力学的机制。该研究实现了126 mAh·g?1的高可逆容量，为钠离子电池(SIBs)的可持续发展提供了新策略。

　　

这项研究深入探究了铜掺杂对钠离子电池层状正极材料NaMn_1-xCu_xO₂的结构调控作用。当铜掺杂量达到20%时，材料成功稳定在β-NaMnO₂相，有效抑制了困扰锰基材料的Jahn-Teller畸变。通过先进的同步辐射原位X射线吸收谱(XAS)技术，研究人员捕捉到铜离子如何像"分子交通警察"一样优化Na⁺的扩散路径。

有趣的是，虽然铜本身不参与电化学反应，但它通过调节锰的电子云分布，显著提升了材料的导电性。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图像显示，铜掺杂促使材料形成更致密、更规则的晶体结构，就像给材料做了"纳米级整形手术"。

研究团队还创新性地采用月桂叶衍生的硬碳(HC)作为负极。这种生物质碳材料拥有惊人的比表面积和分级孔道结构，就像"分子海绵"一样高效储存钠离子。全电池测试中，该材料体系展现出优异的循环稳定性，在250次充放电后仍保持56%的容量。

密度泛函理论(DFT)计算揭示了铜掺杂降低电荷转移阻力的本质原因，而X射线光电子能谱(XPS)则捕捉到锰/铜氧化态的微妙变化。这项研究为设计高性能钠离子电池提供了"元素掺杂+生物质碳"的双重解决方案，在新能源领域具有重要应用前景。