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汪国秀Nat. Commun. | 协同Jahn-Teller效应驯服晶格应力，打造超长寿命水系锌锰...

研之成理 · 公众号 · 科研 · 2025-06-12 23:57

正文

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Mn ³⁺ 浓度升高，使晶格达到近乎 1:1 的 Mn ³⁺ /Mn ⁴⁺ 比例，形成 全协同 Jahn-Teller 效应（ f-CJTE ）。该效应在晶格内形成连续分布的 [MnO ₆ ] 八面体畸变，产生 面内拉伸与垂直方向压缩 的应变场。

这一 长程应变网络 能够有效缓解 Zn ²⁺ 插层引发的晶格变形应力，同时显著抑制 H ⁺ 对 MnO ₂ 结构的腐蚀破坏，避免 Mn ³⁺ 迁移与 Mn ²⁺ 溶解所导致的结构坍塌，从而显著提升材料的循环稳定性

图文解析

图 1 ｜ CJTE 诱导的晶格畸变与应变分布模型

作者首先通过理论模型展示了不同程度的 Jahn-Teller 畸变在 MnO ₂ 晶体中的空间分布特征。正常 δ-MnO ₂ 不含 Jahn-Teller 活性离子，结构平整；而在引入部分 Mn ³⁺ 时，仅局部发生畸变，形成短程应变；当 Mn ³⁺ 与 Mn ⁴⁺ 达到 1:1 比例时，则出现“全协同 Jahn-Teller 效应（ f-CJTE ）”，在晶体面内形成有序的 [MnO ₆ ] 畸变链条，驱动晶体整体产生 “ 面内张应变 + 层间压应变 ” 的长程应变场（图 1a–c ）。这为后续的应变调控提供理论支撑。