层状钛酸钠（NTO）是用于先进钠离子电池（SIBs）最有前途的负极材料之一，具有理论容量高、无严重安全隐患等优点。然而，原始的NTO电极具有不利的Na⁺传输动力学，这是因为晶体中沿低能垒八面体的二维Na离子传输通道占主导地位，这阻碍了这类潜在材料的实际应用。

鉴于此，为提高SIBs电极材料的电化学储钠性能，澳大利亚昆士兰科技大学孙子其教授，Jun Mei报道了提出了一种通过氧空位和铋替代工程相结合的方法扩大固有狭窄和受限的层间离子传输通道，实现三维（3D）快速钠离子传输界面的有效策略。

文章要点

1）这种策略将(001)层间间距从0.84 nm扩展到超过1.0 nm并产生了跨层通道，从而构建3D离子传输网络，从而激活了晶体结构中沿[001]方向具有有限2D离子传输通道的固有缓慢Na传输的Na₂Ti₃O₇。

2）结果表明，氧空位和铋取代的HBNTO（Bi_xNa_2−xTi₃O_y，0<x<2，0<y<7，HBNTO）在可逆容量（20 mAh g^-1时比NTO提高145%）、倍率性能（500mAh g⁻¹时，比NTO提高200%）和循环稳定性（20 mAh g⁻¹循环150次后的容量保持率比NTO提高210%）方面具有显著的提高。

3）分子动力学模拟和理论计算表明，HBNTO性能的提高主要得益于钠离子扩散途径的增加和成功构建的3D内离子输运通道而提高了离子迁移率。

这项研究提供了一种通过在晶体结构中构建开放通道来可控传输通道的具体策略，并为设计下一代电极以促进低成本Na基电池的可持续发展提供了一些见解。

参考文献

Jun Mei, et al, Three-Dimensional Fast Na-Ion Transport in Sodium Titanate Nanoarchitectures via Engineering of Oxygen Vacancies and Bismuth Substitution, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c04479

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04479