我院陈义旺/谈利承教授团队在《Energy Environ. Sci.》上发表最新研究成果

Energy Environ. Sci.：调控二氧化锰的氧空位和配位环境助力高载量赝电容存储（DOI: 10.1039/D4EE00949E）

近十几年来，二氧化锰因其理论容量高、成本低廉且操作电压窗口宽已被广泛用于高能量密度水系储能领域，但在高负载条件下其有效质量比较低，阻碍了其储能的全面应用。基于MnO2的微结构设计，可克服其迟缓的本征传质/传荷动力学问题，但相关研究大多聚焦于低载量电极(<2 mg cm-2)，难以满足实际的商业化应用需求。一般而言，MnO2的电化学性能强烈依赖于锰原子的配位环境。然而，金属原子配位环境与金属氧化物电化学性能之间的关系尚不清楚，缺少有效的调控金属原子配位环境策略。因此，开发商用的高载量MnO2电极，合理优化Mn原子的配位环境提高活性，增强反应动力学，进而实现其性能突破具有重要科学意义。

鉴于此，南昌大学彭钟有博士/谈利承教授/陈义旺教授团队提出采用电化学沉积和化学还原策略在高负载MnO2中调控Mn原子配位环境，促进电解液离子的传输和存储。研究表明，优化的氧空位配位环境能够提高反应活性，形成局域内建电场，加快离子/电子的迁移率，实现高载量赝电容存储。本研究不仅提供了调控金属氧化物中金属原子配位环境的有效策略，而且从原子层面理解了电子结构与储能性能之间的关系，可为高载量储能的发展应用提供新思路新方法。

研究亮点：

1. 提出电化学沉积和化学还原策略制备了富含氧空位的高负载MnO2电极。

2. 优化的氧空位配位环境能够提高反应活性，形成局域内建电场，显著提高高负载电极的电子传递和离子吸附/运输动力学。

3. 制备的高负载Ov-MnO2-30电极具有4.8 F cm−2/402.6 F g−1超高的比电容，组装高电压平面超级电容器表现出超高的面积能量/功率密度(103.9 µW h cm−2/44.0 mW cm−2)。

4. 原位和非原位表征技术揭示了高负载Ov-MnO2电极电荷存储机制主要由阳离子的嵌入和脱嵌控制。

本文提出采用电化学沉积和化学还原策略在高负载MnO2电极中调控Mn原子配位环境，有效促进了电解液离子的传输和存储。优化的氧空位配位环境能够提高反应活性，形成局域内建电场，加快离子/电子的迁移动力学，提高电极材料的赝电容性能。制备的高负载Ov-MnO2-30电极具有良好的电导率和离子扩散能力，表现出4.8 F cm−2/402.6 F g−1的高比电容。组装的水系超级电容器具有2.2 V的宽工作电压、0.83 mW h cm-2的高能量密度以及优异的循环寿命。本研究不仅提供了调控金属氧化物中金属原子配位环境的有效策略，而且从原子层面理解了电子结构与储能性能之间的关系，为设计先进电极材料提供具有启发性的见解。

[三审三校：邓泽阳 蒋平 袁凯]