引言】

由于成本低和资源丰富，可充电的钠离子电池（SIB）一直被认为是最有前途的可再生固定能源系统。随着钠离子电池负极材料的要求在不断地提高，人们一直在努力寻找合适的绿色电极材料。TiO₂材料具有无毒、原料丰富、环境友好、无光腐蚀、安全和稳定等特点，逐渐被应用于气体传感器、光伏和电化学储能等领域。目前TiO₂多种晶型已被研究，其中金红石型TiO₂在热力学上是最稳定的，是最有前景的钠离子电池负极材料之一。为了提高TiO₂材料的电化学性能，过去的十年中，越来越多的研究集中于设计和制备从零维到三维结构、形貌可控的纳米材料。

【成果简介】

最近，中南大学纪效波教授（通讯作者）首次把碳点（CDs）用作多层石墨烯花瓣状金红石型TiO₂（G/P-RTiO₂ ）的“设计师添加剂”。该研究利用CDs来诱导金红石型TiO₂纳米颗粒生长为纳米针，纳米针进一步自组装成三维的花瓣状结构，每个TiO₂ 纳米针被弯曲层状石墨烯均匀一致的覆盖着，该结构有利于缩短钠离子的扩散途径。此外，通过热退火可以产生良好的超薄石墨碳，其会显著提高整体的电导率，从而产生快速的电子迁移。当用作钠离子电池负极材料时，纳米尺寸、3D花瓣状的结构和多层石墨烯包裹使得G/P-RTiO₂表现出优异的电池性能。在0.25 C (83.75 mA g⁻¹)电流密度下，其容量高达245.3 mA h g⁻¹，初始库伦效率50.6%。在2.5C(837.5 mA h g⁻¹)电流密度下，1100次循环后，其循环容量为144.4 mA h g⁻¹，容量保存率100%。在10 C(3350 mA h g⁻¹)电流密度下，4000次循环后，其循环容量为74.6 mA h g⁻¹，容量保存率94.4%。