过渡金属氧化物（TMO）经常面临与低电子电导率和阳离子插层循环稳定性不佳相关的挑战。

在这项工作中，北京化工大学Yi-Ming Yan，Zhiyu Yang，新南威尔士大学Jiangzhou Xie通过探索一种创新策略来解决这些问题：利用增强的 π 捐赠来激活 t_2g 轨道，从而增强 TMO 的电子/离子电导率和结构稳定性。

文章要点

1）研究人员设计了掺镍层状二氧化锰（Ni−MnO₂），其特点是独特的 Ni−O−Mn 桥接结构。

2）值得注意的是，Ni−MnO₂ 呈现出令人印象深刻的 317 F g⁻¹ 电容，并表现出强大的循环稳定性，即使在 20,000 次循环后仍保持其原始容量的 81.58%。

3）机理研究表明，Ni−O−Mn构型的结合激发了增强的π供体效应，这有利于涉及O 2p和Mn的t_2g轨道的π型轨道杂化，从而加速电荷转移动力学并激活氧化还原t_2g轨道的容量。此外，从Ni到Mn的t_2g轨道的电荷重新分布有效地提升了Mn的低能轨道能级，从而减轻了不良的Jahn-Teller畸变。这导致 π* 反键轨道的电子占据随后减少，从而促进结构稳定性的整体增强。

研究结果为通过从分子轨道角度激活TM中心的低轨道来开发快速稳定的插层储能电极材料的创新范例铺平了道路。

参考文献

Shuyun Yao, et al, High Flux and Stability of Cationic Intercalation in Transition-Metal Oxides: Unleashing the Potential of Mn t2g Orbital via Enhanced π‑Donation, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c08264

https://doi.org/10.1021/jacs.3c08264