赵东元院士JACS：精确设计的介观TiO2用于高体积密度赝电容

Nanoyu

2021-08-12

表面氧化还原赝电容能实现较短的充电时间和较高的功率输送，具有广泛的应用前景。为了实现最大的比容量，高比表面积的活性材料的纳米结构是必不可少的。然而，电容材料的一个关键问题是由于纳米材料的振实密度较低，其体积容量较低。

近日，复旦大学赵东元院士，厦门大学魏湫龙报道了设计了一种介观TiO₂微球阳极，其中圆柱形TiO₂纳米晶从微球中心径向排列，导电碳分布在整个介观结构框架中。

文章要点

1）通过这种设计，介孔TiO₂微球的振实密度实现了可控（1.1-1.7g·cm3），并且由于这种节省空间的填充而比初级单个纳米颗粒高几倍。同时，中尺度的TiO₂微球也为有效的电解质进入提供了高度可及的表面积，并且通过构建微米尺度的径向排列的扩散路径来实现法拉第氧化还原。

2）这种同时具有快速电荷存储动力学和致密填充纳米结构的方案在单一材料中实现了最佳的重量和体积容量。有序介孔结构TiO₂阳极在0.025 A g⁻¹时表现出高的重量容量（高达240 mAh g⁻¹）和高体积容量（高达350 mAh cm⁻¹），并且具有主要的赝电容贡献（在1 mV s⁻¹的低扫描速率下超过77.5%）。

3）通过精确控制有序介孔TiO₂的合成，研究人员进一步研究了介孔对电容型TiO₂材料电荷储存性能的影响。在高负载量（9.47mg cm⁻²）下，该介孔TiO₂电极仍表现出赝电容性质，其面容量高达2.1mAh cm⁻²，并保持了良好的电化学性能。

这种能够在致密纳米结构中实现快速钠化的介观结构电极对大功率应用、快速充电器件和赝电容电极设计具有重要意义。

参考文献

Kun Lan, et al, Precisely Designed Mesoscopic Titania for High-Volumetric-Density Pseudocapacitance, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c03433

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03433