掺杂是调控材料性能的重要手段，但其成功与否常受离子半径相似性等因素制约。对于硅或钙钛矿等材料，掺杂不仅易于实现，还能显著提升性能。然而，对于Nb₂O₅这类主体晶格结构，实现无相变的掺杂极具挑战。

在此，广东工业大学孙志鹏、徐俊岭，复旦大学王永刚等人提出了一种高熵掺杂策略，通过从20种金属元素（Mg、Ca、Sr、Ba、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Sn、Sb、Y、Mo、La、Ce）中选择10-15种，并在1-3 mol%浓度范围内进行等摩尔比掺杂，成功实现了Nb₂O₅的高熵掺杂（HED-Nb₂O₅），且未引发相变。

实验表明，HED-Nb₂O₅展现出优异的快速充电性能：在40 A g⁻¹的高倍率下，其容量达80 mAh g⁻¹，而未掺杂的Nb₂O₅容量不足25 mAh g⁻¹。通过调控掺杂元素的数量和浓度，我们发现了高熵掺杂的稳定区域，并证明该效应与元素种类无关，而是由元素类型的数量主导。

图1. 电池性能

总之，该工作报道了在难掺杂的快速充电锂离子电池负极材料Nb₂O₅中实现的高熵掺杂效应。通过引入多样化的掺杂元素，作者在特定浓度范围内成功实现了Nb₂O₅的高熵掺杂，并发现该效应能够显著提升材料的电化学性能。

与传统掺杂方法不同，高熵掺杂的核心在于通过增加元素种类来提升系统复杂性，而非依赖单一元素的化学特性。实验证实，HED-Nb₂O₅在40 A g⁻¹的高倍率下容量达80 mAh g⁻¹，且在5 A g⁻¹下循环2000次后仍保持85%的初始容量。

全电池测试中，其与LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄正极配对时展现出优异的倍率性能和循环稳定性。因此，该工作提出的高熵掺杂效应不仅为Nb₂O₅的掺杂难题提供了解决方案，还可能为能源材料、半导体、发光材料等领域带来新的研究范式。

图2. 机制探究

High-entropy-doping effect in a rapid-charging Nb2O5 lithium-ion battery negative electrode, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-60186-6

孙志鹏 广东工业大学“百人计划”特聘教授,博士生导师。2010年博士毕业于南京航空航天大学；2009年-2013年先后在新加坡国立大学和南洋理工大学从事博士后研究。2014年回国后就职于新疆自治区产品质量监督检验研究院，科研管理部副部长。2017年至今全职于广东工业大学材料与能源学院工作。现从事有关新能源存储与转换器件，介孔功能复合材料和传感器等。与国内及新加坡、白俄罗斯、香港等国家与地区的知名课题组建立了长期合作关系。迄今为止，共发表SCI学术论文90余篇。先后主持国家自然科学基金、留学回国人员启动基金、广东省科技厅国际合作基金、企业横向等20项。

徐俊岭，香港中文大学博士，主要研究方向为高性能二次电池材料的开发以及新型电池反应的探索，在Nano Energy, Journal of Materials Chemistry A等杂志发表SCI论文50篇，担任Adv. Energy Mater.、Chem. Eng. J.、Mater. Today Chem.等期刊审稿人。

王永刚，复旦大学化学系，教授，博士生导师。主要从事化学电源电极界面电化学和新型化学电源体系的基础和应用基础研究，共发表论文182篇，总被引用21955次，H-Index:78。通讯作者文章包括Science adv.(1),Nature Commun.(4),Angew. Chem. Int. Ed. (20),Adv. Mater. (7),Joule (2),Chem (1),Energy & Environ. Sci. (6)。荣获2014年度国际电化学委员会应用电化学奖，2016年度中国锂电青年研究奖，2017年中国电化学青年奖，2019年国家自然科学二等奖(第二完成人)等奖项。

先后获得国家自然基金优秀青年基金（2016年），国家杰出青年科学基金（2022年）的资助，任ACS Applied Energy Materials期刊的Associate Editor，以及《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》,《Science Bulletin》,《eScience》,《Battery Energy》,《Chinese Chemical Letter (CCL)》,《电化学》，《电池》，《储能科学与技术》等8本期刊的编委。