溶胶 - 凝胶旋涂法制备掺锰五氧化二钒薄膜及其电化学性能研究

《Scientific Reports》：Tailoring the nanoscale physicochemical properties of V2O5 thin films through Mn doping for enhanced electrochemical performance

　　

摘要

五氧化二钒（V₂O₅）由于其层状晶体结构、多种氧化态以及高的理论储电容量，成为一种具有广泛应用前景的过渡金属氧化物，在能源存储和光电领域具有重要意义。本研究采用成本低廉的溶胶-凝胶旋涂技术在ITO玻璃基底上制备了纯五氧化二钒（V₂O₅）和掺锰的V₂O₅薄膜。X射线衍射分析证实生成了多晶正交结构的V₂O₅相，且未检测到其他次要相，表明锰成功掺入了母体晶格中。掺锰改变了晶格参数、晶粒尺寸、应变、缺陷密度和表面形貌，证实了晶格畸变和缺陷态的形成。紫外-可见光谱分析显示，由于锰诱导的缺陷态和氧空位的存在，材料的吸光能力增强、透射率降低且光谱响应变窄。电学测试表明，掺锰薄膜的导电性能得到改善，电流-电压曲线近乎线性，表明其具有欧姆导电性。在5 M KOH电解液中，通过循环伏安（CV）、恒电流放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）等手段对薄膜进行了电化学研究。研究结果表明，锰的掺入显著增强了V₂O₅的电化学性能。其中，掺锰量为4%的V₂O₅薄膜在所有制备的薄膜中展现出最佳的电化学性能，具有优异的比电容和电荷转移动力学。这些发现提示，掺锰的V₂O₅薄膜可能适用于高性能的能源存储应用。