長安大學茍蕾教授課題組利用Bi³⁺誘導合成了MnO₂/Mn₂O₃共生異質結納米棒Bi-MnO₂/Mn₂O₃（HIP-Bi-600），作為水系鋅離子電池正極表現出優異的電化學性能。

MnO₂/Mn₂O₃異質結構能夠通過界面產生的內建電場加速離子的傳輸速率，因此被認為是一種有前景的水系鋅離子電池（ZIBs）正極材料。其中，形貌均一、多相共存的共生異質結因為具有更緊密的界面接觸，對于進一步提升離子嵌入脫出的動力學有重要意義。然而，由于晶體成核生長的復雜性，共生異質結的構筑是目前的一個挑戰。同時，錳基材料普遍存在由Mn³⁺溶解引起容量衰減的問題，這嚴重影響了電池的循環壽命。

研究發現，Bi³⁺對于形成MnO₂/Mn₂O₃共生異質結構起到重要的作用。由水熱合成Bi³⁺ 摻雜的 MnO₂ 納米管（HIP-Bi）在熱處理過程中，通過Bi³⁺誘導的晶體生長機制，促使MnO₂ 納米管逐漸向MnO₂/Mn₂O₃納米棒狀結構演變（圖 1）。在600 ℃的溫度下，棒狀結構仍保持均一的形貌，而對比沒有Bi³⁺摻雜的樣品（HIP-0），在500 ℃時Mn₂O₃已與母體MnO₂納米棒發生相分離，單獨成核生長 （圖2）。

得益于該共生異質結構，HIP-Bi-600電極具有更小的電荷轉移阻抗和更高的Zn²⁺擴散系數 （圖3）。同時，Bi³⁺ 摻雜到MnO₂/Mn₂O₃異質結晶格中有效地緩解Mn³⁺的溶解，顯著提升了材料的循環壽命。在電流密度為2A g^-1下，循環6400圈，材料仍能保持超過90 mAh g^-1的比容量（圖 4）。

本研究結果對于構筑共生異質結提供了借鑒作用，同時對于開發長壽命鋅離子電池正極材料也提供了改性策略。