通过固态复分解反应探索 $\rm Mg^{2+}$ 和 $\rm Ca^{2+}$ 导体

可行电极和电解质材料的稀缺极大地阻碍了镁电池和钙电池的发展。本研究利用涉及基于硫族元素和磷族元素的蜂窝层状氧化物与碱土金属卤化物/硝酸盐的固态复分解反应，合成了以前仅能在高温/高压条件下获得的 $\rm Mg^{2+}$ 和 $\rm Ca^{2+}$ 基材料，以及具有独特晶体多样性的新亚稳材料。特别是，我们在不超过 500 $^\circ$C 的温度下，采用涉及 $\rm Li_4MgTeO_6$、$\rm Na_2Mg_2TeO_6$ 和 $\rm Na_4MgTeO_6$ 与 $\rm MgCl_2$/$\rm MgSO_4$/$\rm Mg(NO_3)_2$.$\rm 6H_2O$ 或 $\rm Ca(NO_3)_2$.$\rm 4H_2O$ / $\rm CaCl_2$.$\rm 2H_2O$ 的复分解反应，制备了 $\rm Mg_3TeO_6$ 多晶型物、钛铁矿型 $\rm CaMg_2TeO_6$/$\rm Mg_2CaTeO_6$ 以及双钙钛矿型 $\rm Ca_2MgTeO_6$。因此，我们证明了这些传统上需要吉帕级压力或高温 (>1000$^\circ$C) 才能正确合成的材料，现在可以在环境压力和显著较低的温度下轻松获得。同时，尽管颗粒密度欠佳，合成的钛铁矿型 \magenta {$\rm Mg_3TeO_6$ (高压多晶型物)} 和双钙钛矿型 ${\rm Ca}_2M{\rm TeO_6}$ ($M = \rm Mg, Ca, Zn$) 材料在室温下表现出显著的体离子电导率，标志着它们是探索新型 $\rm Mg^{2+}$ 和 $\rm Ca^{2+}$ 导体的有前景的组成空间。此外，本研究扩展了复分解反应的适用性以获得镁或钙基锑酸盐、钌酸盐、钛酸盐、磷酸盐和硅酸盐，从而为具有能源存储及其他用途的新型高熵多功能纳米材料平台开辟了途径。