电化学驱动器能够将电能转化为机械能，在智能机器人、药物运输装置、位移/速度传感器等尖端领域具有潜在应用价值。选择具有较高的杨氏模量的金属氧化物/氢氧化物作驱动器材料有助于提高器件的输出应力，然而，具有常规晶体结构的此类材料在电化学刺激下难以产生较大的驱动应变，器件表现为驱动应力低、响应速度慢、稳定性不足的问题。为提高电化学驱动材料的输出应力，课题组人员与东北大学材料科学与工程学院张滨教授团队联合，成功地制备了一种富含锰空位的-MnO₂/R-MnO₂混合晶型MnO₂薄膜，在具有丰富开放结构的散乱层片-MnO₂中引入含有大量1X2隧道结构的Ramsdellite型MnO₂，在对MnO₂的晶格隧道进行调控的同时引入锰空位，以改善MnO₂的电导率和电荷转移效率（图1）。以该混合晶型二氧化锰为驱动层、以电沉积镍薄膜为被动层制备的MnO₂/Ni双层电化学驱动器能够提起其自重180倍的物体，且经过1.2X10⁴次循环测试后仍保持出色的驱动性能(图2)。其中，该混合晶型MnO₂作为驱动活性材料的优势体现在以下两个方面：（1）R-MnO₂的引入提供了更多可供钠离子插入的1X2隧道结构，有利于材料在电化学刺激下的离子插层，从而产生更大的体积膨胀，第一性原理计算表明R-MnO₂的体积变化率可达29.7%；（2）锰空位的引入为电化学反应提供更多的活性位点，促进Mn⁴⁺-Mn³⁺之间氧化还原反应的发生，来自Jahn-Teller畸变效应产生的Mn-O健长变化使得活性材料产生更大的应变。在0.5 M Na₂SO₄溶液中，该混合晶型MnO₂ 在6 s内便产生5.3%的应变，应变速率为0.88%/s，驱动应力为244 MPa。该工作为电化学驱动材料的优化设计和性能提升提供了新思路。 

　　研究结果以题为“Maximizing Performance of a Hybrid MnO₂/Ni Electrochemical Actuator through Tailoring Lattice Tunnels and Cation Vacancies”发表在ACS Applied Materials & Interfaces 14 (2022) 9281-9291上。

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