近日，我校材料与能源学院孙志鹏教授和徐俊岭博士所在的研究团队在材料掺杂研究取得重要进展，研究成果以《High-entropy-doping effect in a rapid-charging Nb2O5 lithium-ion battery negative electrode》为题发表在自然通讯《Nature Communications》。该论文的第一作者为材料与能源学院徐俊岭博士，通讯作者为材料与能源学院孙志鹏教授和徐俊岭博士，以及复旦大学化学系王永刚教授，材料与能源学院21届研究生谢富强为论文共同第一作者，广东工业大学为该论文第一完成单位，主要测试工作由分析测试中心提供技术支持。
掺杂技术已被广泛证实能够增强各类材料体系的性能。其中掺杂元素的本征理化性质尤为重要，例如在硅本征半导体材料中掺杂磷和硼可显著提升硅的导电性。而对于钙钛矿或层状金属氧化物等材料，合适的掺杂原子甚至能够与基体材料形成固溶体。Philip Anderson在其1972年发表的"More is Different"文章中指出，物质在每一层级的复杂性上都会涌现出新性质。这一思想在材料掺杂中同样适用，即通过多种元素掺杂影响系统微观态分布，并由此产生相应的的系统性质变化。本研究就在一种高价态的氧化物中验证了掺杂中的“多者异也”。当掺杂元素的种类数量提高到一定数目的时候，单一元素的理化性质将变得不再重要。
本研究以锂离子电池快速充电负极材料Nb2O5为模型，这种氧化物具有复杂的相变行为和高价态阳离子特征，极难形成固溶体。元素掺杂会导致锂电快充负极Nb2O5发生相变，形成剪切相或二维相。然而在特定的掺杂范围内不仅实现了无杂质相的掺杂，而且发现这种掺杂方式可以改变了相变路径。这种掺杂后的物相表现出新的物质状态且电化学性质得到了提升。这种掺杂效应不仅展现出极强的涌现性，而且去置换其中的掺杂离子，并不会对这种效应的涌现性造成任何影响，这也意味着这种效应具备了很强的刚性。本研究报道的掺杂中的临界现象有望在未来的材料研究领域中激发出更多新现象。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60186-6
