近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部在NASICON型固体电解质的掺杂改性研究方面取得新进展，揭示了掺杂镧对NASICON型Na_3+xLa_xZr_2-xSi₂PO₁₂固体电解质的微观结构及离子导电性能的调控机制。相关的研究成果以“The Impact of La Doping on the Ionic Conductivity of Na_3+xLa_xZr_2-xSi₂PO₁₂ Solid-State Electrolytes”为题发表在The Journal of Physical Chemistry C上。

 NASICON型固体电解质在电化学储能领域应用前景广阔，提高其离子电导率是研究重点。以往大量的研究表明，在Na₃Zr₂Si₂PO₁₂中掺杂+2/+3价阳离子取代Zr⁴⁺可显著提升电导率。但对其机理存在争议，究竟是成分改变还是致密性提高起主导作用，尚缺乏明确证据。

 本研究采用先进核磁共振技术，系统研究了La³⁺掺杂对材料结构、形貌和性能的影响。研究发现，La³⁺主要分布于晶界形成Na₃La(PO₄)₂杂相，而非进入主相取代Zr⁴⁺。虽然掺杂改变了主相Si/P比和Na⁺浓度并诱发晶型转变，但实验证实材料致密性的提升才是离子电导率提高的关键因素。这一发现为优化NASICON材料性能提供了新的理论依据。

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图1 左图：x = 0.4样品在NT_r = 1.15ms固定时间下，对¹³⁹La核不施加π脉冲的信号强度（S₀）以及重新施加π脉冲的信号强度（S）的图谱对比。右图：x = 0.4样品的（a）SEM图像，及其单个元素分布图像，分别为（b）Na、（c）La、（d）Zr、（e）Si、（f）P和（g）O