具有優(yōu)異性能的無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)在快速和長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能裝置中引起人們廣泛的研究興趣。納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦（TiO2）作為典型氧化物之一，由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用安全和成本低廉，成為鈉離子電池（SIB）負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)。一維（1D）TiO2納米管由于具有大表面積、快速電子/離子傳輸和短離子擴(kuò)散路徑等性質(zhì)引起了研究者的極大關(guān)注。為了充分發(fā)揮1DTiO2納米管在超快充電鈉離子電池中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，要設(shè)計(jì)新穎的結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)便的制備方法。

最近，天津大學(xué)趙乃勤教授和澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便的凝膠衍生方法，首次合成出1D細(xì)長(zhǎng)的非封閉納米管結(jié)構(gòu)，呈高縱橫比和開(kāi)放管狀，由銳鈦礦/青銅礦TiO2納米晶壁組成，具有優(yōu)異的電子/離子傳輸和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。作為SIB的負(fù)極材料，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率和長(zhǎng)循環(huán)性能：在電流密度16C下循環(huán)4000次后仍具有107mAhg-1的容量，在32C時(shí)容量為94mAhg-1。這種新穎的納米結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的特性在超快和長(zhǎng)壽命充電電池方面將具有很好的應(yīng)用潛力。該成果近期發(fā)表在國(guó)際優(yōu)秀期刊AdvancedMaterials上（影響因子：21.950）。

該成果的核心內(nèi)容是：首先，利用溶膠凝膠法，設(shè)計(jì)合成了寬為80nm，厚為13nm，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十微米的1D細(xì)長(zhǎng)的納米帶結(jié)構(gòu)（圖1a-c）；然后通過(guò)簡(jiǎn)單的煅燒過(guò)程，1D細(xì)長(zhǎng)的納米帶結(jié)構(gòu)在400°C形成了非封閉納米管（SNT）（圖1d），其長(zhǎng)度達(dá)數(shù)十微米、直徑為25nm，厚度為7.8nm（圖2a-c）。進(jìn)一步表征發(fā)現(xiàn)：TiO2SNT由細(xì)小的銳鈦礦/青銅礦TiO2納米晶壁構(gòu)成（圖2d）。該納米材料的結(jié)構(gòu)形貌和材料組成上的特點(diǎn)賦予了其特殊的性質(zhì)：高縱橫比和內(nèi)部開(kāi)放的管狀1D納米結(jié)構(gòu)保證了高的比表面積和電子/離子傳輸性質(zhì)；銳鈦礦/青銅礦TiO2納米晶壁進(jìn)一步提高了電子/離子擴(kuò)散和鈉離子存儲(chǔ)位點(diǎn)。因此，將TiO2SNT應(yīng)用鈉離子電池負(fù)極時(shí)，獲得了優(yōu)良的倍率和長(zhǎng)循環(huán)性能（圖3）。

圖1.a）SEM圖像，b）TEM圖像，和c）CH3COO-[Ti-O-Ti]-OBu凝膠的HRTEM圖像。d）由凝膠轉(zhuǎn)化的TiO2SNT的制備的示意圖。

圖2.a）SEM圖像，b）TEM圖像和相應(yīng)的SAED圖案，c，d）TiO2SNT的HRTEM圖像。（b）中的插圖是子納米管橫截面的示意圖；（b）中的字母h，R和α分別表示SNT壁厚，外SNT半徑和滾動(dòng)弧度；A，B和（d）中的線分別代表銳鈦礦，青銅礦和微晶界面。

圖3.Na半電池的TiO2SNT的電化學(xué)性質(zhì)：a）CV曲線。b）Am-TiO2SNT，TiO2SNT和Pa-TiO2SNT的速率性能。c）16C下的長(zhǎng)壽命循環(huán)性能。d）不同速率下的CV曲線和相應(yīng)的e）電容貢獻(xiàn)。1C=335mAhg-1。