中科大章根强教授CEJ：鸟巢状TiO2/NC-HN复合结构实现优异的Na+/K+存储性能- 大数跨境

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中科大章根强教授CEJ：鸟巢状TiO2/NC-HN复合结构实现优异的Na+/K+存储性能

科学材料站

2020-12-17

导读：这项工作提出了一种基于超分子自组装的简易方法制备鸟巢状TiO2/氮掺杂碳复合结构。该材料作为钠/钾离子电池负极时，表现出了优异的可逆容量和循环稳定性。

文章信息

鸟巢状TiO2/氮掺杂碳复合结构实现优异的Na+/K+存储性能

第一作者：王功瑞

通讯作者：章根强*

单位：中国科学技术大学

研究背景

随着人类社会的发展，能源短缺与环境污染问题引起了日益广泛的关注。可再生能源，例如，风能，水能，太阳能等，可以同时缓解能源短缺与环境污染的问题。但是可再生能源通常伴有地域分布不均和间断性的缺点，这可以通过发展成本低廉的大规模能量存储设备得到解决。

由于锂资源成本的快速增加，基于钾\钠的能量存储设备（例如，钠\钾离子电池；钠\钾离子混合电容器）具有成本低廉，高能量密度和功率密度的有点受到了越来越多的关注。然而，半径较大的钾、钠离子(1.38/0.98 Å)通常会引发负极材料缓慢的扩散动力学和较差的循环性能。因此，发展适合钾、钠离子存储，具有高可逆容量和循环性能的负极材料至关重要。

文章简介

近日，中国科学技术大学的章根强教授团队，在知名期刊Chemical Engineering Journal 上发表了题为“Nest-like TiO2-Nitrogen-Doped-Carbon Hybrid Nanostructures as Superior Host for Potassium-Ion Hybrid Capacitors”的通讯文章。

这项工作提出了一种基于超分子自组装的简易方法制备鸟巢状TiO2/氮掺杂碳复合结构（TiO2/NC-HN）。该材料作为钠/钾离子电池负极时，表现出了优异的可逆容量和循环稳定性。

图1. TiO2/NC-HN的合成以及应用示意图

图2. TiO2/NC-HN的结构表征

本文要点

要点一：多孔鸟巢状TiO2/NC-HN复合结构

结构表征表明，该材料表现出多级形貌，比表面积高达380.57 m2 g-1，有利于增强电解液活性物质的接触和传质过程。同时，高分辨表明，TiO2和碳基质具有紧密结合的界面，这在XPS测试结果中也得到了辅证。

要点二：TiO2/NC-HN用于钠钾离子存储

当应用于钠离子电池负极时，该材料表现出优异的循环稳定性，在5 A g-1的电流密度下可以稳定循环3000圈，仍然保持142.6 mAh g−1的可逆容量。在作为钾离子电池负极时，该材料在2 A g-1的电流密度下，1500圈后仍然可以保持85.7%的可逆容量。

要点三：TiO2/NC-HN用于钾离子混合电容器

以活性炭为正极，以TiO2/NC-HN为负极组装成钾离子混合电容器。该电容器表现出出108.6 Wh kg-1/97.5 W kg-1 的能量/功率密度和30000圈的长循环性能。

文章链接

“Nest-like TiO2-Nitrogen-Doped-Carbon Hybrid Nanostructures as Superior Host for Potassium-Ion Hybrid Capacitors”

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720340961

通讯作者介绍

章根强教授

章根强教授致力于先进功能纳米材料的优化合成及其在能源器件中的应用研究，近期主要从事的研究方向包括能源存储器件电极材料的应用研究，高性能电催化剂的设计合成和新颖复合纳米结构在能源存储与转换领域中的应用研究。已发表超过83篇SCI论文，被引用次数超过7,500次，H因子=35，其中包括Sci. Adv., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem., Energy Environ. Sci., Nano Lett., Energy Strorage Mater., Appl. Catal. B-Environ., J. Mater. Chem. A, Small等高水平杂志。

课题组介绍

课题组致力于先进功能纳米材料的优化合成及其在能源器件中的应用研究，近期主要围绕以下三个研究方向开展工作：

1. 基于多元过渡金属氧化物纳米结构的可控合成及其作为能源存储器件电极材料的应用研究。

2. 基于过渡金属非氧化物纳米结构的高性能电催化剂的设计合成、性能优化及其在能源转换器件中的应用研究。

3. 新颖复合纳米结构在能源存储与转换领域中的应用研究。

课题组主页：

http://zhanglab.ustc.edu.cn/chinese.php