二氧化钛由于其化学结构稳定、无毒且价格低廉，被广泛应用于太阳能转化、催化等领域。同时，它具有独特的开放式的晶体结构，可以为锂离子的嵌入/脱出提供通道，是一类具有重要潜在应用价值的电极材料。但是，二氧化钛属于半导体材料，电子电导率和离子电导率较低，因此其高的理论比容量难以得到充分发挥，从而限制了其大规模的应用。为解决此问题，常用的方法包括构建多维纳米结构材料；复合导电性良好的材料，比如石墨烯、介孔碳等；以及掺杂金属、非金属元素，包括碳、氮、硫等。这些方法都被证明能够大大提高材料的电化学性能。目前还未有利用石墨烯量子点嵌入分等级二氧化钛多孔结构提高材料导电性的相关专利报道。福州大学石墨烯研究院魏明灯团队的成果高性能TiO2-B超细纳米线及其石墨烯复合物的合成和储锂性能研究。采用简单的一步水热法，合成具有(010)暴露面的超细TiO2-B纳米线及其石墨烯复合物，并作为锂离子电池的负极材料，研究其电化学储锂性能。

超细TiO2-B纳米线的特殊暴露面，使更多的开放通道暴露在电解液中，加快了 Li+的传输速率，有利于可逆储锂容量和大倍率性能的提升。同时，与RGO进行原位复合后，RGO纳米片网络为电子提供了快速的传输通道，使复合物的电化学性能被进一步地提升。本发明成功设计合成了石墨烯量子点嵌入分等级结构二氧化钛多孔材料。通过简单的溶胶凝胶法，将石墨烯量子点原位嵌入到多孔二氧化钛中，在惰性气氛中煅烧，部分四价的钛离子被还原为三价的钛离子，提高了材料的导电性并增加了材料的嵌锂位点。同时，三维分等级结构有助于缩短锂离子和电子的传输路径。所制备的二氧化钛/石墨烯量子点复合材料作为锂离子电池负极材料具有很高的比容量和循环稳定性，在电流密度为5 C (1C=168 mAh/g)时容量能达到稳定在168.5 mAh/g，即使在10 C的大电流密度下，循环500圈后容量依然能达到160.8 mAh/g。

构筑具有特殊暴露面的电极材料，增强离子传输能力，同时，与具有优异导电性的物质进行复合，有利于制备出具有优异电化学储锂性能的电极材料。这种策略对设计和制备其他高性能电极材料，具有重要的借鉴意义。（专利号：ZL201510033495.2)

福州大学石墨烯研究院魏明灯团队

锂离子电池被广泛应用于消费电子、电动车等新能源领域。作为电动车辆的一个重要组成部分，电池组的开发和性能直接与成本和关键技术问题挂钩，如寿命和电动车辆的安全性。因此，电池的发展是在产业链中不可或缺的一部分。正在开展的大量不同研究工作的值得鼓励，并有希望取得积极成果，有助于推动锂离子电池技术的进步。对于石墨烯复合材料负极材料的合成和性能所面临的挑战，从技术的角度来看，从石墨烯纳米材料衍生的负极材料都具有以下性质：首先，纳米粒子(纳米棒和纳米线)可能阻止石墨烯在循环过程中脱落；第二，石墨烯防止纳米颗粒(纳米棒和纳米线)在锂循环期间的聚集; 第三，石墨烯片赋予增加的比表面积和改进的导电性。

最后，使用石墨烯已经能够允许循环过程中的负极材料体积变化，从而降低电极的破坏，改善循环次数和性能。因此，基于复合材料的纳米材料/石墨烯电极材料已经实现了在锂离子电池负极材料中应用并取得了巨大的成功。复合材料的范围选自过渡金属氧化物、主族元素的氧化物并用掺杂、共掺杂元素等。然而，一些挑战依然存在，需要在今后加以解决：1)用不同结构和形态的复合材料提供了机会，以了解材料的性质对锂存储性能的影响。显然，更新颖的结构体系需要进行合理设计和创建丰富石墨复合材料负极材料，从而进一步提高锂离子电池的性能。2)尽管含石墨烯复合材料表现出许多独特的协同特性，石墨烯和纳米材料之间的耦合，能够更深刻理解含石墨烯复合材料的特性和性能与它们构造之间的关系。3)纳米材料的尺寸效应以及纳米颗粒尺寸和锂储存性能之间的相关性，这反过来将为复合材料合成和实际应用提供指导。4)石墨烯的大规模生产、环境友好以及生产低成本等对含石墨烯复合材料的应用至关重要。CVD法是用于在金属基材上生长大面积的、单一的或者层叠的石墨烯片的常用方法。基于溶液的插层、化学官能化和/或石墨的超声处理等方法，由于其高收率和易于实现被证明是可行的，制备大产量高品质石墨烯成本效益的方法仍需要沿着这些路线发展。

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