离子

II织物网络赋能离子迁移效率

如图2所示，研究团队通过扫描电子显微镜(SEM)与有限元分析揭示了织物网络在提升离子迁移与维持结构稳定性中的关键作用。

织物的多尺度孔隙结构可在压缩过程中有效分散应力并形成多通道离子迁移路径，避免离子凝胶在高压下的结构硬化。

透射电镜测试证明Fe2⁺离子诱导的方法可以克服MXene纳米片之间的静电斥力，并将它们连接起来构建成三维MXene骨架。

本团队创新性地选用二维碳氮化物(MXene)为载体，其类石墨烯结构和高比容量特性，结合二价金属离子诱导的三维凝胶化骨架，可抑制Ti₃C₂MXene自堆叠并丰富活性位点。

由于摩擦催化浸出离子的体系，可以看作CA代替H2O作为溶剂，为了探究CA和H2O对浸出体系的贡献，对比了CA和H2O的最高已占分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）。

（c）Mn2+离子的Tanabe-Sugano能级图；

另一方面，其它催化剂也有一定的浸出离子效果，进一步说明摩擦催化浸出法的普适性（不只适用于特定的催化剂）。

荧光在425nm处发射峰强度随着浸出时间增大而逐渐增大，表明稳定存在于浸出系统，同时也证明了摩擦催化浸出离子过程中电子-空穴对的分离。

随着柠檬酸浓度的增加，H+的浓度也随之升高有利于LCO的浸出。

为改善这一不足，研究主要集中在提升黏结剂的离子与电子传导能力，并保证电极结构的稳定性。

理论模型揭示了织物–离子界面在力–电转换过程中的非线性耦合补偿机制，明确了线性响应不仅取决于材料模量差异，更依赖于界面应力传递效率与空间变形分布特性。

上述结果共同证明，晶面调控策略不仅提升了材料的表面反应能力和扩散行为，更在多价离子体系中构建了以扩散主导、伪电容增强的协同储能机制，为实现高功率、高容量镁离子电池提供了理论与实践基础。

为了评估暴露不同晶面后TiO₂的电化学性能，采用充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)以及间歇恒电流电位滴定法(GITT)评估了三种材料即锐钛矿TiO₂、暴露(001)晶面的TiO₂以及暴露(100)晶面的TiO₂在镁离子电池和镁-锂双盐电池体系中的电化学性能。

在具体性能方面，(001)晶面材料在Mg-Li混合离子电池(MLIBs)中表现出优异的长循环稳定性：(001)晶面材料在1000mA/g的大电流密度下循环1070圈后，仍可保持170.6mAh/g的可逆容量。

文章不仅为离子电池的性能提升提供了新的思路和方法，也为其他能源转换与存储领域的材料设计提供了有益的借鉴和参考。

电池材料，主要包括镁离子电池、镁合金负极、电极/电解液界面；

而在镁离子电池(MIBs)体系中，(001)晶面材料在500mA/g电流密度下循环1964圈后，仍保有约75mAh/g的容量。

这为高性能多价离子电池电极材料的设计提供了有力的理论支撑和实验依据。

这些结果证实，通过材料纳米化结合特定晶面暴露可以有效增强多价离子的界面储存，是一种提升电池性能的有效策略，尤其有助于改善多价离子电池的容量与倍率性能。

重庆大学潘复生院士团队等：纳米锐钛矿TiO₂暴露(001)晶面在镁离子电池中显示出高储镁容量重庆大学潘复生院士团队等：纳米锐钛矿TiO₂暴露(001)晶面在镁离子电池中显示出高储镁容量精选

镁离子电池关键材料与电池系统、轻合金(镁合金、铝合金)材料、金属储能材料、金属生物材料、金属复合材料等。

镁离子电池关键材料与电池系统、镁合金的塑性机理与塑性加工技术。

他的研究领域为离子电池电极材料的设计，主要包括镁离子电池、镁合金负极、电极/电解液界面；

与单价Li离子相比，Mg离子在电极材料中的扩散动力学较为缓慢，因为Mg离子具有更高的电荷密度，这导致了较低的可逆嵌插效率和较差的能量密度，极大地制约了镁离子电池的发展。

镁离子电池因金属镁负极的高理论容量(3833mAh/cm3)、无枝晶及资源丰富等优势备受关注。

为了进一步证明FeS₂QD/MXene电极的实际应用潜力，基于FeS₂QD/MXene负极和Na₃V₂(PO₄)₃正极组装钠离子电池。

其中，钠离子电池(SIBs)因资源丰富和成本优势成为锂离子电池的重要补充，但其宽温域(-35°C~65°C)应用仍受限于转换型负极材料的缓慢离子扩散动力学。

结合量子点本征优势与三维导电网络的协同效应，为高性能钠离子电池负极材料开发奠定理论基础。

该工作为宽温域钠离子电池负极设计提供了新思路。

通过对比前人报道的研究成果，本研究基于量子尺寸效应与三维MXene骨架协同作用构建的FeS₂QD/MXene电极在宽温域钠离子电池应用领域表现出了显著的综合性能优势。

钠离子电池(SIBs)因钠资源丰富、安全性高、成本低等优势，成为锂离子电池的重要替代技术。

离子水合是指离子与周围水分子之间的相互作用，其显著影响离子迁移率、电导率和其他物理化学性质。

离子水合的程度与电负性有关，因为具有较高电负性的离子倾向于吸引更多的水分子。

Hofmeister离子效应是由德国生物化学家Hofmeister在19世纪末首次发现的，它描述了溶液中不同的离子如何能够不同程度地影响溶质的溶解和聚集。

阴离子通常比阳离子表现出更明显的霍夫迈斯特离子效应。

P-F键的强度在-35°C时明显降低，可以解释为低温下限制离子扩散，刺激SEI重组成NaF主导的结构，极大地降低了脱溶能垒。

得益于这种优异的导电网络与离子扩散能力，FeS₂QD/MXene复合电极展现了极佳的倍率性能。

文章成功构建了一种具有独特离域电子区的增强离子扩散能力的二硫化铁量子点复合MXene(FeS₂QD/MXene)的负极材料，用于实现宽温域下的高性能钠存储。

计算所得的Na⁺离子扩散系数(DNa⁺)显示，FeS₂QD/MXene的DNa⁺(1.17×10⁻⁸cm2s⁻1)明显高于MXene(6.60×10⁻⁹cm2s⁻1)、FeS₂/MXene(4.72×10⁻⁹cm2s⁻1)和Fe2⁺/MXene(2.95×10⁻⁹cm2s⁻1)电极。

这种高赝电容贡献与材料中丰富的非饱和配位活性位点及快速的离子扩散传输密切相关，归因于FeS₂QD/MXene复合材料所具备的高浓度边缘缺陷、强界面耦合效应以及高效的电荷传输通道，共同促成了卓越的电化学反应动力学性能。

理论计算与实验表征证实，其边缘丰富的非配位硫原子诱导产生离域电子区，显著降低了钠离子扩散的静电势垒。

该骨架不仅有效抑制了高活性FeS₂QD的团聚，并通过Fe-O-Ti强界面键合确保了电极结构稳定性，同时提供了高效的电子传输网络和离子扩散通道。

图3a-c通过测试镁离子在两种不同表面的吸附能计算结果显示，Mg离子在(001)晶面上的吸附能显著低于(100)晶面(分别为–2.144eV与–1.803eV)，这表明(001)晶面更适合Mg离子的存储。

正如之前所讨论的，特定晶面的暴露能够显著提高电化学性能，因为这会增加比表面积，从而促进离子扩散，改善电子性能，增加离子存储位点，并促进后续的离子嵌入和脱嵌。

进一步的差分电荷结合Bader电荷分析(图3d-k)表明，Mg离子在(001)晶面上的电子转移量最大为1.29e，表明该晶面对Mg离子具有较强的吸引力和较高的离子存储能力。

(001)与(100)晶面均表现出较负的Mg离子吸附能，而Mg离子的吸附能远低于Li离子，其中(001)晶面对Mg离子具有更强的吸附力，这种更强的界面作用促进了Mg2⁺的界面储存行为。

结合前述的Mg离子吸附能与扩散能垒分析，可知(001)晶面在离子吸附和扩散两个关键方面均表现出明显优势，从而为其优异的电化学性能提供了理论支持。

这一结果说明，尽管Li离子和Mg离子都可以在材料表面发生吸附行为，但Mg离子的吸附能更负，吸附更有利，是容量提升的主要贡献来源。

同时，控制材料特定晶面暴露可以提供更多的离子吸附位点并缩短离子扩散距离，显著改善材料的离子储存能力，从而增强电极材料的容量。

为深入解析材料的储能机制，研究团队对不同晶面TiO₂材料在Mg-Li双盐体系与Mg体系中的CV曲线进行了系统分析，并结合扩散与伪电容贡献的定量分离进一步揭示了Mg离子的储存行为。

在纯Li盐电解液中，(001)晶面外露所带来的容量提升(70.77%)显著低于在Mg盐电解液中的提升(90.24%)，说明界面Li离子的储存作用有限。

实验结果显示，纳米化的TiO₂材料，尤其是以(001)晶面为主的样品，能够显著增强Mg离子的储存与扩散能力。

这表明(001)晶面更有利于Mg离子的储存，从而提升体系容量。

在MLIBs中，(001)晶面材料的接触角为47.10°，显著小于(100)晶面材料的61.47°与原始TiO₂的68.97°，说明晶面调控能显著增强材料与电解液之间的亲和力，从而优化界面离子传输动力学、降低界面阻抗并抑制副反应发生，有助于提升倍率性能与循环稳定性。

此外，计算显示，通过晶面调控的纳米结构工程可以显著降低Mg离子和Li离子的扩散能垒，特别是在(001)晶面上，Mg离子和Li离子的扩散能垒分别降低至0.475eV和0.381eV，其扩散系数相比常规TiO₂提高了2至3个数量级(Mg离子：从10⁻13提升至10⁻11cm2/s；

强水合的离子促进水分子之间的氢键，从而降低溶液的流动性并增强水的结构组织。

温度降低时，电解液粘度上升，离子传输受阻，而添加合适溶剂可降低粘度但可能影响电导率；

电解质在低温下凝固：水的高凝固点会导致电解质在低温下凝固，显著降低离子电导率，增加充电/放电极化，并损害电池运行。

P-F键的强度在-35°C时明显降低，可以解释为低温下限制离子扩散，刺激SEI重组成NaF主导的结构，极大地降低了脱溶能垒。

此外，研究发现，在体系中引入Li离子构建镁-锂双盐电解液，通过Li离子带来的“电荷屏蔽效应”可有效缓解Mg离子的强极化效应，改善其扩散动力学并提升材料能量密度。

应使用低成本、更环保的无机盐设计高浓度电解液，通过离子与水分子的相互作用破坏水的分子间氢键，抑制水活性。

本团队创新性地选用二维碳氮化物(MXene)为载体，其类石墨烯结构和高比容量特性，结合二价金属离子诱导的三维凝胶化骨架，可抑制Ti₃C₂MXene自堆叠并丰富活性位点。

II理论计算正如之前所讨论的，特定晶面的暴露能够显著提高电化学性能，因为这会增加比表面积，从而促进离子扩散，改善电子性能，增加离子存储位点，并促进后续的离子嵌入和脱嵌。

正如之前所讨论的，特定晶面的暴露能够显著提高电化学性能，因为这会增加比表面积，从而促进离子扩散，改善电子性能，增加离子存储位点，并促进后续的离子嵌入和脱嵌。

当四面体结构水组成的网络被离子引入干扰时，水扩散动力学和S同时增加(左)。

相反，弱水合离子破坏氢键，增加溶液的流动性，通常被称为“结构破坏剂”，削弱分子间氢键并使水的内聚结构不稳定。

(001)与(100)晶面均表现出较负的Mg离子吸附能，而Mg离子的吸附能远低于Li离子，其中(001)晶面对Mg离子具有更强的吸附力，这种更强的界面作用促进了Mg2⁺的界面储存行为。

此外，三维MXene骨架与FeS₂量子点的紧密连接，赋予了材料优异的分散性和高度稳定的电极结构，有效缩短了离子传输距离并促进了电子转移。

同时，离子凝胶中的高分子链(PVA)在受压下发生解锁行为，促进离子的有序迁移，使局域离子浓度随压力按P2/3规律变化。

应使用低成本、更环保的无机盐设计高浓度电解液，通过离子与水分子的相互作用破坏水的分子间氢键，抑制水活性。

离子水合是指离子与周围水分子之间的相互作用，其显著影响离子迁移率、电导率和其他物理化学性质。

虽然霍夫迈斯特系列的起源和离子特定效应的机制仍然很复杂，尚未完全理解，有人提出，离子的电负性影响它与水分子的相互作用，从而决定它在霍夫迈斯特级数中的位置。

(001)与(100)晶面均表现出较负的Mg离子吸附能，而Mg离子的吸附能远低于Li离子，其中(001)晶面对Mg离子具有更强的吸附力，这种更强的界面作用促进了Mg2⁺的界面储存行为。

如图2所示，研究团队通过扫描电子显微镜(SEM)与有限元分析揭示了织物网络在提升离子迁移与维持结构稳定性中的关键作用。

因此，纳米结构与晶面暴露的结合是提升电极材料性能的关键策略。

在纯Li盐电解液中，(001)晶面外露所带来的容量提升(70.77%)显著低于在Mg盐电解液中的提升(90.24%)，说明界面Li离子的储存作用有限。