构建Ti–O–C通道优化锐钛矿型TiO2的储钠性能

　　基于不断增长的能源需求以及对储能成本的核算，钠离子电池有望应用于大规模储能系统而重新引起了研究者的关注。负极材料是决定钠离子电池电化学性能的一个关键性因素。锐钛矿型TiO₂由于Na⁺在由TiO₆八面体堆垛成的间隙位点中嵌入和脱出，体积变化小，因此具有良好的结构稳定性和长循环寿命。但是由扩散控制的嵌入/脱出型储钠方式，导致电化学反应动力学缓慢。而具有快速充放电特征的表面赝电容反应具有相对较低的反应能垒，可以克服锐钛矿型TiO₂缓慢的动力学，并且在电化学反应过程中电极的结构变化几乎可以忽略不计。 

　　在本工作中，通过高温热解钛酸四丁酯和聚乙烯吡咯烷酮实现了TiO₂与碳的原位复合，在两相界面处形成了Ti–O–C储钠通道；以硫脲为掺杂源，引入杂原子N和S，在石墨层上诱导产生表面缺陷，加快Na⁺由表面碳层扩散到近表面Ti-O-C通道的传质。所制备的N/S共掺杂TiO^₂/C复合纳米纤维电极的储钠方式是以表面赝电容占主导。 

　　图1 （a）Ti L边，（b）O K边，（c）C K边和（d）N K边的XAS谱图 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4B9B-光电子能谱实验站的XAS技术获得样品的Ti L边、O K边、C K边和N K边吸收光谱，碳原子与金属氧化物的氧原子相结合形成的特征峰，有力地证明了TiO₂/C复合材料中Ti–O–C键的形成。同时，通过第一性原理构建了Ti–O–C通道模型，计算Na⁺在储钠通道中的扩散能垒。该文章发表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(19): 17416-17424. 

　　图2 Na⁺在（a）TiO₆八面体堆垛成的间隙通道，（b）TO-C的Ti–O–C通道以及（c）N/S-TO-C的Ti-O-C通道中的扩散路径；（d）Na⁺在上述储钠通道中的扩散能垒 

　　发表文章： 

　　Wei Song, Hanqing Zhao*, Jianqi Ye, Mengmeng Kang, Siyu Miao, Zhong Li*. Pseudocapacitive Na⁺ Insertion in Ti–O–C Channels of TiO₂–C Nanofibers with High Rate and Ultrastable Performance. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11:17416-17424.