近日，海南大学教授文伟团队及合作者的研究成果以海南大学为第一单位发表于刊物《Nano Letters》(纳米快报)。该研究成果开辟了高性能氢离子电池研发新途径。 水系氢离子电池成本低、储量丰富、不可燃、安全性好、可快速充放电，适合于电网级大规模储能。在所有电荷载体中，氢离子具有最小的质量和离子半径，但在水溶液中通常以半径较大的水合离子形式存在，小尺寸优势丧失，导致电荷存储过程困难。如何克服极高的水合氢离子去溶剂化能是开发高性能水系氢离子电池的关键，也是目前的主要挑战。
文伟团队及合作者的研究成果，揭示了表面诱导水合氢离子去溶剂化现象，发现低成本的锐钛矿二氧化钛的(001)高能表面可促进水合氢离子的去溶剂化，实现“近零应变”的体相氢离子存储，以此构筑的全电池兼具高的比能量和比功率，为目前已报道氢离子电池中的最高值。 该机制的发现进一步丰富了电荷载体与电极之间的作用机制，为开发高性能电池提供了新思路。
表面结构诱导水合氢离子去溶剂化的卡通示意图
据悉，文伟教授团队还在期刊《Chem. Mater.》发表了题为“Univariate Lattice Parameter Modulation of Single-Crystal-like Anatase TiO2 Hierarchical Nanowire Arrays to Improve Photoactivity”的研究论文。
该研究提出一种新的“可转换前驱体诱导生长”的晶格常数调控方法，在基本不改变成分、形貌、相结构和表面态的前提下，将锐钛7矿二氧化钛的晶格常数a延伸了0.37%，且该锐钛矿二氧化钛三维阵列具有独特的“准单晶”结构。研究发现晶胞参数的单轴伸长导致锐钛矿二氧化钛的导带底部上移，空气净化能力显著增强，光催化去除甲苯效率是常规二氧化钛阵列的3.8倍。通过改变晶格常数a对锐钛矿二氧化钛的能带结构进行调控，可获得高活性光催化剂，用于降解空气中的甲苯和还原污水中的Cr6+离子。该方法为材料晶格常数的调控提供了新路径，也为高性能功能材料的设计提供了新的思路。