【材料】南京大学金钟教授、马晶教授团队合作研发富含氧缺陷的黑色TiO2-x镁电池负极材料

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以金属镁为负极的可充电镁电池具有资源丰富、理论比能量高、无锂枝晶生长、安全性好、价格低廉等潜在的优点。然而，该类镁电池存在二价Mg²⁺的极性较大、Mg²⁺嵌入到正极材料中的动力学缓慢等问题，这严重制约了其实际性能。到目前为止，在镁电池中只有少数的金属/合金型或离子嵌入型负极材料表现出合适的放电容量和循环稳定性。

为了改善镁电池电极材料的综合性能，必须对其原子结构和表界面进行优化设计。电极材料中的晶格缺陷，例如氧空位（OVs），对过渡金属氧化物的物理和化学性质有很大影响。电极材料中的氧空位可以促进电子和离子的传输，有效提高电池的电化学性能。

南京大学金钟教授和马晶教授团队密切合作，提出了一种新的原子取代方法，以超薄TiS₂纳米片为前驱体合成了含有丰富氧空位的超薄、多孔、黑色TiO_2-x（B-TiO_2-x）纳米片，用于镁电池负极材料。实验结果和DFT理论计算均证实，B-TiO_2-x电极材料中存在的大量OVs能够显著提高材料的导电性和提供大量的Mg²⁺存储位点，并表现出了较快的电化学反应动力学和优异的比容量和循环稳定性。该工作证明，利用缺陷工程策略可以有效改善镁电池电极材料的整体电化学性能。

DFT理论计算结果证实B-TiO_2-x超薄纳米片的氧空位有利于Mg²⁺存储

（来源：ACS Nano）

这一成果以“Atomic Substitution Enabled Synthesis of Vacancy-Rich Two-Dimensional Black TiO_2-x Nanoflakes for High-Performance Rechargeable Magnesium Batteries”为题发表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.8b06917）。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、江苏省双创人才计划等项目的资助。

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