改善钠离子在TiO₂中的扩散动力学及其固有的电子电导率对于提高钠离子电池TiO₂负极的倍率性能和长循环稳定性至关重要。尽管关于单杂原子掺杂TiO₂已经得到广泛研究，然而，尚未全面阐明双杂原子掺杂对TiO₂储钠性能的影响。

近日，华南理工大学熊训辉教授报道了氮/硫共掺杂到高掺杂浓度的锐钛矿型TiO₂中空纳米球中（NS-TiO₂），可以同时提高电子电导率和钠离子转移动力学，从而提高SIBs的倍率性能和循环稳定性。

文章要点

1）研究人员在室温下通过牺牲模板法制备出NS-TiO₂，然后在硫脲的辅助下进行高温气固杂原子掺杂反应。N和S元素在TiO2中的相互促进扩散和迁移率使得NS-TiO₂具有较高的原子掺杂浓度。

2）实验结果和密度泛函理论（DFT）计算表明，N掺杂在提高TiO₂的本征电子电导率方面具有更大的优势，而S掺杂在降低TiO₂内部的钠离子扩散势垒方面更有效。此外，与单一的氮或硫掺杂相比，NS-TiO₂具有更高的离子电导率和更低的钠扩散能垒。

3）实验结果显示，NS-TiO2中空球具有高效稳定的储钠性能，在3350 mA g−1下循环2400次，容量为157.6 mAh g⁻¹，在5025 mA g⁻¹下的倍率容量为156.4 mAh g⁻¹。

通过在TiO₂中实现高浓度掺杂，以及在调控电子转移和离子扩散动力学方面的协同效应，为制备高性能TiO₂基负极提供了一种新的策略。

参考文献

Mengna Fan, et al, Synergistic Effect of Nitrogen and Sulfur Dual-Doping Endows TiO₂ with Exceptional Sodium Storage Performance, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202003037

https://doi.org/10.1002/aenm.202003037