研究背景

钠离子电池（SIBs）因资源丰富、成本低廉，被视为下一代储能技术的有力候选者。然而，钠离子半径较大（1.07 Å），在嵌入/脱出过程中易导致电极材料结构破坏，限制其实际应用。

钴碲化物（CoTe₂）因其高理论容量和优良导电性成为热门负极材料，但其在充放电过程中体积膨胀严重，循环稳定性差，限制了其进一步发展。

研究亮点

吉林大学邓霆教授团队提出镧（La）掺杂策略，通过精准调控合成路径，成功制备了结构稳定、电化学性能优异的La-CoTe₂ 复合材料。该材料在钠离子存储方面展现出显著优势：

•大半径La³⁺（1.06 Å） 作为“支柱”嵌入晶格，有效缓冲Na₂Te生成引起的体积膨胀

•富电子La³⁺ 增强电极导电性，显著促进电荷传输动力学

•最优La:Co = 1:10 样品在0.05 A g^-1下容量达345 mAh g^-1

•2000次循环后 仍保持88 mAh g^-1的可逆容量，远优于未掺杂CoTe₂材料

材料合成及表征

•研究团队采用典型的金属有机框架（MOF）辅助合成路线，以ZIF-67十二面体为前驱体，通过精确控制高温碲化工艺，在惰性气氛中成功将La元素引入CoTe₂晶格，构建出多孔La-CoTe₂多面体结构。整个合成过程涉及前驱体预处理、La盐浸渍、程序升温碲化等多个步骤，每一步均对温度、时间和气氛进行了系统优化，以确保La的均匀掺杂与材料形貌的保持。

•通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察，材料保持了ZIF-67衍生的多面体形貌，且表面呈现明显多孔结构。

•EDS元素分布图进一步证实Co、Te、La三种元素在材料中呈高度均匀分布，表明La已成功掺杂进入CoTe₂晶格。

•XRD图谱显示，La掺杂后CoTe₂的主晶相未发生改变，但随着La含量的增加，材料结晶度有所下降，说明La的引入对晶体生长产生一定抑制作用。

•氮气吸脱附（BET）测试结果表明，La原子的占据导致材料比表面积和总孔容积较未掺杂样品有所下降，但仍保持一定的孔隙结构。

•XPS分析结果明确显示La以+3价态存在，验证了其成功掺杂并参与电子结构的调控。

电化学性能

•研究团队系统评估了La-CoTe₂作为钠离子电池负极的电化学性能。在容量方面，La:Co = 1:10的样品表现最佳，在0.05 A g^-1的电流密度下其可逆容量高达345 mAh g^-1，明显优于未掺杂样品及其他比例样品。

•长循环稳定性测试中，La的引入显著增强了电极材料的结构稳定性，在2000次循环后仍能有效抵抗体积膨胀，容量保持率显著优于纯相CoTe₂。

•电化学阻抗谱（EIS）分析显示，La掺杂显著降低了电极的电荷转移电阻，并且在循环过程中界面电阻持续优化，表明其具有优异的界面稳定性与反应动力学。

•通过循环伏安（CV）测试对不同扫描下的电流响应进行分析，研究团队发现高扫描率下81.2%的容量贡献来自于表面电容行为，这一特性赋予材料卓越的倍率性能和快速充放电能力。。

结论与展望

本研究首次将稀土元素La引入金属碲化物负极材料体系，通过系统的材料设计、可控合成与电化学评价，证实了La掺杂在结构稳定与导电增强方面的双重作用机制，显著提升了CoTe₂的储钠性能与循环寿命。该工作不仅为钠离子电池高性能负极材料的设计提供了新思路，也拓展了稀土元素在电化学储能材料中的应用前景，具有重要的科学意义与潜在应用价值。

通讯作者介绍

邓霆 副教授，吉林大学

吉林大学材料科学与工程学院副教授、吉林省优秀青年人才。迄今为止，在Nature Communications 等期刊发表SCI检索论文30余篇，其中ESI高被引论文2篇。获吉林省科学技术一等奖1项。曾 (现) 主持项目国家青年基金、省部级项目9项。

研究领域：高性能储能材料的制备及其在电化学储能器件中的应用