Introducing Hybrid Defects of Silicon Doping and Oxygen Vacancies into MOF‐Derived TiO2–X@Carbon Nanotablets Toward High‐Performance Sodium‐Ion Storage

材料科学 阳极 兴奋剂 化学工程 氧气 退火(玻璃) 纳米技术 电极 光电子学 复合材料 物理化学 冶金 化学 有机化学 工程类
作者
Tianhao Yao,Hongkang Wang,Xin Ji,Deyu Wang,Qingmiao Zhang,Lingjie Meng,Jian‐Wen Shi,Xiaogang Han,Yonghong Cheng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (38): e2302831-e2302831 被引量:54
标识
DOI:10.1002/smll.202302831
摘要

Abstract Titanium dioxide (TiO 2 ) is a promising anode material for sodium–ion batteries (SIBs), which suffer from the intrinsic sluggish ion transferability and poor conductivity. To overcome these drawbacks, a facile strategy is developed to synergistically engineer the lattice defects (i.e., heteroatom doping and oxygen vacancy generation) and the fine microstructure (i.e., carbon hybridization and porous structure) of TiO 2 ‐based anode, which efficiently enhances the sodium storage performance. Herein, it is successfully realized that the Si‐doping into the MIL‐125 metal‐organic framework structure, which can be easily converted to SiO 2 /TiO 2–x @C nanotablets by annealing under inert atmosphere. After NaOH etching SiO 2 /TiO 2–x @C which contains unbonded SiO 2 and chemically bonded SiOTi, thus the lattice Si‐doped TiO 2–x @C (Si‐TiO 2–x @C) nanotablets with rich Ti 3+ /oxygen vacancies and abundant inner pores are developed. When examined as an anode for SIB, the Si‐TiO 2–x @C exhibits a high sodium storage capacity (285 mAh g −1 at 0.2 A g −1 ), excellent long‐term cycling, and high‐rate performances (190 mAh g −1 at 2 A g −1 after 2500 cycles with 95.1% capacity retention). Theoretical calculations indicate that the rich Ti 3+ /oxygen vacancies and Si‐doping synergistically contribute to a narrowed bandgap and lower sodiation barrier, which thus lead to fast electron/ion transfer coefficients and the predominant pseudocapacitive sodium storage behavior.
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