超级电容器因其具有超快充放电速率、高功率密度等优点而成为一种重要的储能系统。应用于高度集成的微电子机械系统时，超级电容器除了要有高的比电容，也要求其尺寸小。近年来，人们对薄膜电极的大量探索不仅深化了基础研究，也为寻找低成本、高容量潜力的微型超级电容器系统提供了思路。但是，现有的研究大多局限于非晶态或多晶氧化物薄膜的化学合成，这些薄膜通常存在缺陷和晶界。这些缺陷和晶界的存在不仅降低了器件的性能，也不利于器件的微型化。

在合适衬底上生长的高质量外延薄膜可以在纳米尺度上保持优异的物理性能，并且衬底的模板作用可以使得薄膜晶型稳固，不易发生相变。因此，外延异质结构薄膜是设计高性能微型超级电容器的理想选择。然而，由薄膜与衬底之间晶格失配引起的应变往往会削弱其电化学性能，限制了更薄更微型超级电容器的研制。为了在更薄的样品中获得高比电容，陆亚林课题组采用脉冲激光沉积技术在金红石TiO₂衬底上生长了不同厚度的二氧化锰（MnO₂）薄膜，利用TiO₂在真空中高温环境下易扩散的特性，设计了一种自适应缓冲层来减小薄膜与衬底之间的晶格失配。研究表明，尽管MnO₂与TiO₂之间存在较大的晶格失配（~3.7%），但自适应层的存在使得MnO₂的晶格常数更快地接近块体值，从而使MnO₂薄膜在超薄状态下仍具有较高的比电容。这意味着基于MnO₂的微型超级电容器可以更薄，并且具有更高的容量潜力。

文章最近以“Interfacial Titanium Diffusion Self-adapting Layer in Ultrathin Epitaxial MnO₂/TiO₂ Heterostructures”为题，在线发表在ACS Applied Materials & Interfaces, 12, 47010-47017 (2020)上，硕士研究生刘文怡和黄浩亮副研究员为共同第一作者，黄浩亮副研究员和陆亚林教授是论文的通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院以及安徽省相关科研项目的资助。研究中的同步辐射实验得到了合肥光源、上海光源等线站的支持。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c13532