氢离子（H⁺）半径小，是一种极具吸引力的储能载流子。然而，由于极高的脱水能，氢离子通常以水合氢离子（H₃O⁺）的形式存在，因此电极材料的选择很大程度上局限于开放的骨架和具有大离子通道的层状结构。

近日，海南大学文伟，日本京都工艺纤维大学Hisayoshi Kobayashi，浙江大学吴进明报道了质子可以深入到锐钛矿型TiO₂的块体中，使其成为具有低氧化还原电位和低成本效率的极具吸引力的氢离子电池（HIBs）负极材料。

文章要点

1）密度泛函理论（DFT）计算表明，H₃O⁺首先渗透到锐钛矿型TiO₂(001)表面，然后分解为H、H⁺和OH，最后H⁺在锐钛矿型TiO₂晶格中扩散。这种独特的表面诱导去溶剂化现象使得质子的嵌入成为可能，在充放电过程中锐钛矿型TiO₂的体积变化可以忽略不计。

2）在酸性电解液（0.5M H₂SO₄和2M MnSO₄）中，以MnO₂为正极和锐钛矿型TiO₂负极组装成全电池。结果显示，这种全电池在超级电容器般的比功率（47.9 kW/kg）下实现了143.2 Wh/kg的高比能量。因此，离子和电极之间相互作用的调节为电池优化开辟了新的前景。

参考文献

Chao Geng, et al, Surface-Induced Desolvation of Hydronium Ion Enables Anatase TiO₂ as an Efficient Anode for Proton Batteries, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02421

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02421