哈尔滨工程大学Dianxue Cao课题组--MXene衍生的TiO2/氧化石墨烯复合材料具有增强的Li离子

       Li离子和K离子电池分别具有高能量密度和低成本的独特优势。探索具有高效电化学性能的通用阳极是一项挑战。在此，通过简便的水热法制备了二维TiO₂/还原氧化石墨烯（RGO）复合材料。TiO₂纳米粒子由Ti₂C MXene转化而来，并连接RGO纳米片形成片状结构。TiO₂/RGO作为阳极材料，对Li离子和K离子电池均具有高容量，显著的倍率能力和长循环性能。优异的电化学性能归因于小粒径（15–25 nm）和RGO提供的电子传输通道，以及离子扩散路径短。此外，RGO激励了电容性贡献，从而提高了容量并改善了倍率性能。同时，通过定量动力学分析研究了Li/K离子存储的电化学动力学。这项工作证明了引入电容容量以实现快速离子存储并改善循环稳定性的可能性，为设计用于金属离子电池的高效电极提供了新策略。

Figure 1. （a）TiO₂/RGO复合物的形成示意图；TiO₂/RGO复合材料的（b）XRD和（c）TG；（d）TiO₂/RGO、纯TiO₂和GO的拉曼

Figure 2. TiO₂/RGO复合材料的形貌特征：（a和b）SEM图像、（c）TEM和（d）HRTEM图像
Figure 3. 用TiO₂/RGO（120 mg GO）作为阳极，锂离子电池的电化学特性：（a）TiO₂/RGO和TiO₂的倍率性能；TiO₂/RGO在（b）不同速率和（c）1C速率下的充放电曲线；（d）TiO₂/RGO和TiO₂在0.5 mV/s扫描速率下的CV曲线；（e）TiO₂/RGO在10C下的循环性能。
 

Figure 4. （a）TiO₂/RGO在0.2至2.0 mV/s的不同扫描速率下的CV曲线；（b）通过在不同扫描速率下的峰值电流进行b值分析，TiO₂/RGO的电容贡献率；（c）在2.0 mV/s下，CV曲线的面积比；（d）在不同扫描速率下的柱状对比图；（e）TiO₂/RGO的反应阻力分析，插图：GITT测试；（f）TiO₂/RGO归一化实部和虚部的Bode曲线。

Figure 5. 钾离子电池中TiO₂/RGO电极的电化学特性：（a）不同扫描速率下的CV曲线；（b）在各种电流密度下的充放电曲线；（c）在2.0 mV/s时电容贡献的面积比；（f）在各种电流密度下的倍率性能；（e）分别在200和1000 mA/g下，200和1000个循环的循环稳定性。
       

相关研究成果于2019年由哈尔滨工程大学Dianxue Cao课题组，发表在J. Mater. Chem. A（DOI: 10.1039/c8ta12069b）上。