钠离子电池领域亟需开发资源可持续的高能量密度正极材料，以满足电网级储能日益增长的需求。铁基材料（如Na2FeP2O7、Na4FeV(PO4)3）因其低成本优势成为重要体系，但其能量密度相对较低。通过锰元素替代铁引入主体结构可有效提升性能，这得益于锰元素丰富的价态（Mn2+/3+/4+）及其高氧化还原电位。然而，大多数锰基材料（如Na2Mn0.5Fe0.5P2O7、Na2MnP2O7、Na4MnV(PO4)3）受限于锰氧化还原活性不足，存在容量快速衰减和倍率性能差的问题，这主要源于高自旋态Mn3+（t2g³ eg¹）引发的姜-泰勒效应（JT）和严重晶格畸变。尽管离子掺杂和表面包覆技术已被广泛应用，仍无法从根本上消除这些不利影响。近期研究表明，Na4MnxFe3-x(PO4)(P2O7) 类材料表现出不错的电化学活性和循环稳定性，然而对其反应机制的理解依然有待深入研究。

基于此，福耀科技大学新材料与新能源学院蒋建中教授、李煌旭助理教授团队与香港理工大学黄海涛教授团队合作，通过原位XRD, 原位EIS, 非原位XAS及理论计算等多种表征技术，揭示了Na4Mn1.5Fe1.5(PO4)(P2O7)（NMFPP）材料可同时实现高活性的Fe2+/3+和Mn2+/3+氧化还原的关键机制。研究发现Mn的取代降低了Fe−O键的共价性，提高了Fe2+/3+氧化还原电位，从而提高了能量密度。此外，钠离子脱出过程中JT效应诱导Mn eg轨道分裂，减小了材料带隙促进电子转移。计算及实验结果表明NMFPP材料中的晶格畸变具有各向异性特征，沿a轴方向形成了扩大的钠离子扩散通道，降低了扩散能垒。且该晶格畸变在储钠过程中具有可逆性，材料体积变化率仅为4.93%。这些特性使NMFPP材料兼具优异的高倍率性能和循环稳定性。

相关研究成果发表在国际知名期刊《ACS Nano》，online：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12007。本研究工作为理解过渡金属氧化还原电位调控机制及实现锰元素高效活化提供了重要见解，促进新型高能钠离子电池正极材料的开发。该期刊是美国化学会（ACS）出版的纳米科学与技术领域的顶级期刊，主要涵盖化学、生物学、材料科学、物理和工程学等学科的交叉研究。