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

研究背景

随着可再生能源规模扩大和电动汽车普及，开发高安全、低成本的新型储能系统迫在眉睫。镁离子电池因金属镁负极的高理论容量(3833 mAh/cm3)、无枝晶及资源丰富等优势备受关注。然而，Mg离子的高电荷密度导致其在电极材料中扩散缓慢，严重制约电池性能突破。如何通过材料设计优化Mg2⁺存储动力学，成为该领域的关键挑战。

Nanosized Anatase TiO₂ with Exposed (001) Facet for High‑Capacity Mg2⁺ Ion Storage in Magnesium Ion Batteries

Rong Li, Liuyan Xia, Jili Yue,* Junhan Wu, Xuxi Teng, Jun Chen, Guangsheng Huang,* Jingfeng Wang, Fusheng Pan*

Nano-Micro Letters (2026)18: 17

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01861-7

本文亮点

1. 暴露(001)晶面的纳米锐钛矿TiO₂的比容量是微米级样品的两倍，这主要归因于暴露特定晶面有助于Mg2⁺的界面存储。

2. 暴露(001)晶面的纳米锐钛矿TiO₂在Mg-Li双盐电解液中显示出高达312.9 mAh g⁻1的比容量。

3. Mg2⁺在(001)表面的吸附能远低于Li⁺在(001)表面的吸附能，这表明(001)表面更有利于实现Mg2⁺的界面存储。

内容简介

在二次电池领域，电极材料的尺寸和形态是电化学性能的关键决定因素。材料纳米化通过减小颗粒尺寸，缩短离子扩散路径，提高了材料的比容量和倍率性能。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。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。目前，关于结构纳米化和晶面控制的研究主要集中在单价Li离子体系上。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。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。

重庆大学潘复生、黄光胜和岳继礼等人通过对锐钛矿相TiO₂纳米化结合特定晶面暴露显著增强了镁离子的界面储存能力。相较于常见的(101)晶面，(100)与(001)晶面具有更高活性，可提供更优的离子扩散通道。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。理论计算表明，Mg离子在(001)与(100)晶面上的扩散能垒远低于其在体相中的值。此外，吸附能计算显示，Mg离子在(001)晶面的吸附能最低，且明显低于Li离子在(001)晶面的吸附能。这表明(001)晶面更有利于Mg离子的储存，从而提升体系容量。

此外，电化学测试结果显示，暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂表现出最佳的电化学性能，其次为(100)晶面，而体相TiO₂的电化学性能最差。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。这也进一步说明在双盐电解液中体系容量的增强主要归因于Mg离子的界面储存。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。本研究为电极材料的纳米尺度效应提供了新的视角，并为高容量、高倍率储能系统的合理设计提供了有价值的指导。

图文导读

I 材料表征

如图S1所示，通过简单的水热法合成了具有暴露(001)晶面的二氧化钛纳米片和具有暴露(100)晶面的纳米棒。XRD图谱，扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等方法证实产物为纯锐钛矿相。图1a中的TEM图像进一步证实，(001)面暴露的 TiO₂ 由矩形纳米片组成，其平均边长约为 40 纳米。HRTEM成像(图1b)显示了清晰的晶格条纹，晶格间距为 0.372 纳米。图1d, e的HRTEM图像清晰地展示了(100)晶面纳米棒的结构特征，其横向晶面间距约为0.34 nm。元素映射结果(图1c、f)进一步表明，在所合成TiO₂样品中，钛和氧元素在暴露的(001)和(100)晶面材料中均匀分布，证实了材料具有良好的化学均匀性与相纯度。AFM测量结果显示，(001)晶面暴露的纳米片厚度约为 12 nm，而(100)晶面暴露的纳米棒则显著更厚，约为 120 nm(图1g–j)，进一步揭示了不同晶面材料在形貌维度上的差异。

图1. (a, b) TiO₂ (001)晶面的透射电子显微镜(TEM)与高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图像；(c) TiO₂ (001)晶面的高角环形暗场(HAADF)图像及其元素分布图(Ti和O元素)(d, e) TiO₂ (100)晶面材料的TEM与HRTEM图像；(f) TiO₂ (100)晶面的HAADF图像及其元素分布图；(g, h) TiO₂ (001)晶面的原子力显微镜(AFM)图像及其沿虚线方向的高度剖面图；(i, j) TiO₂ (100)晶面材料的AFM图像及其沿虚线方向的高度剖面图。

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。为了更深入地理解这一现象，文章构建了暴露(001)面和(100)面的切面模型，使用第一性原理计算通过密度泛函理论(DFT)对不同晶面的TiO₂以及原始TiO₂进行了电子结构的计算。图2显示了暴露(001)和(100)晶面材料的态密度。结果表明，暴露(001)晶面材料的带隙为1.72 eV，相较于(100)晶面的1.93 eV，显示出较高的电子导电性。与本体TiO₂相比 (2.67 eV)，暴露(001)晶面的带隙更小，这有利于电子的传输和电化学反应。为了验证这些计算结果，采用了紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)结合塔克外推法的方法(图S6)。观察到的实验趋势与 DFT 预测的相对变化高度一致。这一结果进一步支持了晶面工程在调节电子结构和电导率方面的作用。更窄的带隙会提高电子导电性，提高载流子迁移率，并加速电极/电解质界面的电荷转移。这反过来又促进了离子嵌入和脱嵌动力学，从而提高了离子的可逆存储能力。

图2. (a–c) 锐钛矿型TiO₂、TiO₂ (100)晶面和(001)晶面的结构示意图；(d–f) 分别对应锐钛矿TiO₂、TiO₂ (100)晶面和(001)晶面的态密度(DOS)图；(g) 三种材料带隙变化图，反映其带隙缩小趋势与导电性提升潜力。

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–2.144 eV与–1.803 eV)，这表明(001)晶面更适合Mg离子的存储。此外，对于锂离子在两个表面的吸附能测试也表明(001)表面具有最低的吸附能-1.865 eV，明显低于锂离子在(100)表面的吸附能-1.731 eV。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1.29 e，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。此外，为了更深入了解暴露不同晶面对镁离子扩散行为的影响，进行了详细的镁离子扩散动力学计算研究。通过第一性原理计算表明，Mg2⁺在(001)晶面上的最低扩散能垒为0.475 eV，远低于(100)晶面的0.542 eV和本体TiO₂的0.637 eV(图3l)，这进一步证实了(001)晶面对Mg离子的扩散更有利。同时，我们对锂离子在不同晶面上的扩散行为进行了系统的第一性原理计算如图3m所示。结果表明，在所有研究的晶面中，(001)晶面展现出最低的锂离子扩散能垒，仅为 0.381 eV，显著优于其他晶面。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。

图3. (a) Mg离子和Li离子在TiO₂ (001)和(100)晶面上的吸附位点示意图，不同吸附位点标注为Site 1、Site 2和Site 3；(b )Mg离子在TiO₂ (001)和(100)晶面不同吸附位点上的吸附能；(c)Li离子在TiO₂ (001)和(100)晶面不同吸附位点上的吸附能；(d, e) Mg离子在TiO₂ (001)晶面吸附后的平面平均电荷密度差Δρ(z)图与三维电荷密度差分布图；(f, g) Mg离子在TiO₂ (100)晶面吸附后的Δρ(z)与三维电荷密度差分布图；(h, i) Li离子在TiO₂ (001)晶面吸附后的Δρ(z)与三维电荷密度差分布图；(j, k) Li离子在TiO₂ (100)晶面吸附后的Δρ(z)与三维电荷密度差分布图；(l) Mg离子在锐钛矿TiO₂、TiO₂ (001)晶面与(100)晶面上的扩散能垒；(m) Li离子在上述三种材料表面的扩散能垒对比。图中形状标识：三角形表示锐钛矿(anatase)，圆形表示(001)晶面，五边形表示(100)晶面。

III 电化学性能研究

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。图4a显示了在Mg–Li双盐电解液中的三种材料的恒流充放电曲线(GCD)。GCD曲线表明TiO₂(001)晶面材料展现出比 锐钛矿TiO₂ 和 TiO₂(100)晶面材料更高的容量和更高的电压平台，表明其具有更好的离子储能能力。为了进一步揭示不同离子对电化学性能的贡献，研究还在纯Li电解液体系中进行了对比测试。结果显示，即使在纯锂体系中，(001)晶面材料仍具有最高容量(见图S12，97.05 mAh/g)，但其增幅明显低于双盐体系下的增幅(140.67 mAh/g)。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。在倍率测试中(图 4b)，在20–1000 mA/g的电流密度区间内，TiO₂(001)晶面材料始终保持最高的比容量，其倍率性能和循环稳定性明显优于其它两种材料。TiO₂  (100)晶面材料性能次之，而原始TiO₂性能最低。这种倍率性能的提升归因于暴露晶面所提供的更大比表面积和更高的活性位点，有效促进了离子的快速扩散和表面储存反应。图 4c则是三种材料在50 mA/g下的长循环测试结果，TiO₂ (001)晶面材料可稳定循环180圈，且循环后的TiO₂ (001)晶面材料容量高达281.8 mAh/g，显著高于(100)晶面(154.62 mAh/g)和原始TiO₂(123.3 mAh/g)。图 4d进一步展示了TiO₂ (001)晶面材料在不同倍率下的充放电曲线，即便在1000 mA/g的高倍率下仍保持清晰平台，凸显其优异的倍率适应性。而图 4e所示，TiO₂ (001)晶面材料在较大的电流密度1 A/g下经过1070圈循环后容量仍保持在170.6 mAh/g，远优于(100)晶面材料(749圈后111.2 mAh/g)及原始TiO₂(364圈后仅49.8 mAh/g)。TiO₂ (001)晶面材料在长循环过程中库仑效率始终保持稳定，进一步验证了其反应的高度可逆性。

为系统评估晶面暴露对电荷传输与离子扩散行为的影响，研究团队采用EIS表征材料的电荷转移电阻(Rct)，并利用GITT定量分析离子在正极材料中的扩散动力学。图 4f显示，在Mg-Li双盐体系中，三种材料的Nyquist曲线均呈现明显的半圆结构。其中，暴露(001)晶面的TiO₂材料展现出最小的电荷转移电阻(Rct)，说明其电荷传输性能最佳；其次为暴露(100)晶面材料；而原始锐钛矿TiO₂的Rct最大，表明其电荷转移过程最为缓慢。为进一步验证材料中的离子扩散能力，研究采用GITT技术测定其放电过程中的离子扩散系数(D)。如图 4g与4h所示，在MLIBs体系中，暴露(001)晶面材料具有更高的放电平台电压、更长的放电时间及更平稳的电压响应曲线，说明其具备更优的储离子性能与反应可逆性。具体而言，(001)晶面材料在离子嵌入过程中的扩散系数范围为10⁻11至10⁻⁷ cm2/s，而原始TiO₂材料的扩散系数最低，仅为10⁻1⁴至10⁻⁹ cm2/s，体现出其较差的扩散能力。在单Mg盐电解质体系中，三种TiO₂材料整体阻抗均高于对应的双盐体系。然而，即便在高阻抗条件下，(001)晶面主导的材料依然表现出最优的界面电荷转移能力(图 S18a)，明显优于(100)晶面暴露材料，而原始TiO₂样品则展现出最差的电荷传输性能。

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Mg-Li双盐体系中(图 S20)，三种材料均表现出明显的氧化还原峰，尤其是暴露(001)晶面材料，展现出更高的峰电流和对称尖锐的氧化还原峰，反映出更强的电化学反应活性和可逆性。相比之下，Mg体系中三种材料均未出现显著氧化还原峰，呈现出典型的伪电容控制行为，暗示在纯镁体系中材料的储镁过程以表面吸附为主，如图4i-k所示。进一步的CV扫描速率分析显示，随着扫描速率从0.1 mV/s增加至1.0 mV/s，三种材料的电容贡献均有提升，但整体仍以扩散控制为主导，其中暴露(001)晶面的TiO₂材料在0.1 mV/s和1.0 mV/s下的扩散占比分别高达68%和89%，显著高于暴露(100)晶面材料和原始锐钛矿材料。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。上述结果一致证明：无论在Mg-Li双盐体系还是Mg单盐体系中，暴露(001)晶面的TiO₂材料均具有最优的电荷传输与离子扩散能力，尤其在双盐体系中其性能提升最为显著，为实现高倍率、高能效储能打下基础。

图4. (a) 锐钛矿TiO₂、TiO₂ (001)晶面和TiO₂ (100)晶面在MLIBs体系中在50 mA/g电流密度下的充放电曲线；(b) 三种材料在MLIBs体系下的倍率性能对比；(c) TiO₂ (001)晶面材料在50 mA/g电流密度下的循环性能；(d) TiO₂ (001)晶面材料在不同电流密度(20–1000 mA/g)下的充放电曲线；(e) TiO₂ (001)晶面在1000 mA/g电流密度下的循环性能；(f) 三种材料在MLIBs体系中的Nyquist阻抗图谱；(g) 锐钛矿TiO₂、TiO₂ (001)与(100)晶面材料在MLIBs体系下的GITT测试曲线；(h) 不同材料在MLIBs体系下计算得到的离子扩散系数；(i–k) 三种材料在MIBs体系下不同扫描速率条件下的CV曲线；(l–n) 三种材料在MIBs体系下不同扫描速率下的伪电容贡献比例分析。

IV 机理分析

为研究不同晶面暴露TiO₂材料在Mg-Li双盐电解液体系中的结构演变与电化学稳定性，本文系统地采用接触角测试、非原位原位XRD、和XPS等手段，探究了离子嵌入/脱嵌过程对材料晶体结构、Ti元素氧化还原行为及储离子机制的影响。不同材料的电解液润湿性通过接触角测试进行评估(图5a)。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。XRD结果(图S23a)表明，在首次放电后，最强的(200)衍射峰向高角度方向偏移，表明在Mg离子与Li离子共嵌入过程中发生了一定程度的晶格收缩。相比之下，在纯Mg电解液中未观察到明显峰位偏移(图S23b)，说明在Mg体系中由于离子嵌入较差。更为关键的是，(001)晶面材料在充电后衍射峰可基本恢复，表明其具有良好的结构可逆性，且在嵌脱过程中未发生相变，验证了其出色的结构稳定性。图S24进一步显示，在首次放电过程中，暴露 (100)晶面的TiO₂材料在镁锂双盐电解液中主衍射峰也向高角度偏移明显相较于在纯镁盐体系，也进一步表明在暴露 (100)晶面的TiO₂材料中实现了镁锂共嵌入。图5b–e的非原位XRD图谱显示，在0.1–2.0 V电压区间内的首次循环过程中，(101)、(004)、(200)三个晶面分别对应25.2°、38.1°与48°，在放电过程中均向高角度偏移，表明离子逐步嵌入晶格，引发微观晶格应力与晶胞收缩；充电至2.0 V后，峰位基本恢复，说明Mg离子与Li离子可实现可逆脱嵌，并且未见新峰出现或原峰消失，表明其具备良好的结构稳定性与相位可逆性。

图5. (a)锐钛矿TiO₂、TiO₂ (001)晶面和(100)晶面材料与APC+LiCl电解液的接触角对比；(b) TiO₂ (001)晶面材料在不同充放电状态下的电压变化曲线，对应非原位XRD测试状态；(c) TiO₂ (001)在不同充放电状态下的非原位后XRD图谱；(d, e) 不同充放电状态下XRD图谱的局部放大图；(f–h) TiO₂ (001)晶面材料在高分辨率下的Ti 2p XPS谱图；(i) 不通过同步辐射XPS测试的同价态的Ti元素变化趋势；(j, k) Mg 1s和Li 1s的原位后XPS谱图；(l) Li 1s与Mg 2p的XPS谱图，在50 mA/g电流密度下循环30圈后；(m) TiO₂ (001)晶面材料在Mg-Li双盐电解液中放电10圈后的深度剖析XPS谱。

为进一步揭示Ti元素在电化学反应中的氧化还原行为，本文使用XPS追踪Ti价态演化过程。图5f显示，(001)晶面材料的原始Ti 2p谱中，Ti 2p₃/₂和Ti 2p₁/₂结合能分别位于458.5 eV和464.2 eV，对应Ti⁴⁺。放电至0.1 V后(图5g)，谱图中出现位于456.5 eV的特征峰，表明Ti⁴⁺发生了部分还原生成Ti3+。充电至2.0 V后(图5h)，低价态Ti特征峰消失，说明还原态Ti物种可逆氧化回Ti4+。同步辐射XPS(SR-XPS)结果(图5i)亦显示：随着放电电压降低，Ti价态逐渐由Ti4+向低价态转变，充电后再次回归初始状态，验证了Ti价态的高度可逆性。为进一步追踪Mg2⁺与Li⁺的嵌入/脱嵌行为，图5j与5k展示了不同电压状态下的Mg 1s与Li 1s光电子谱。在放电阶段(阶段I–IV)，特征峰逐渐增强，表明两种离子同步嵌入；在充电阶段(阶段V–VII)，峰强逐步减弱至初始状态，说明Mg2⁺与Li⁺均参与可逆反应。图5l则展示了在50 mA/g下充放电30圈后的XPS谱图，Li 1s与Mg 2p的共存峰值(分别为55.5 eV和50.5 eV)再次证明了该材料具备Mg离子与Li离子的协同嵌入/脱嵌机制。

此外，通过对比(001)晶面材料在三种不同电解液体系(纯Mg盐、纯Li盐、Mg-Li双盐)中的GCD曲线(图S25)可发现，该材料在Mg-Li双盐体系中展现出最高且最稳定的放电电压平台，进一步验证了双离子协同嵌入机制的存在。为考察离子在电极中的空间分布，研究还开展了不同刻蚀深度下的XPS分析(图5m)。结果显示，从表面至刻蚀120秒后，依然能检测到明显的Mg与Li信号，说明两种离子不仅存在于表面，而是实现了深度嵌入。上述所有结果共同证实了在双盐体系中，TiO₂ (001)晶面材料具有明确的Mg-Li协同嵌入行为。

V 软包电池测试

图6a展示了本文研究的全电池结构示意图，其正极为TiO₂基材料，负极为镁金属，所使用的电解液分别为APC和APC+LiCl。如图6b所示，在Mg-Li混合电池体系中，暴露(001)晶面的TiO₂材料展现出优异的倍率性能与循环稳定性，显著优于目前报道的多种先进正极材料。此外，图S29进一步对比了本研究与其他文献报道的Mg-Li混合电池在循环稳定性与可逆容量方面的表现，突显了本研究报道的体系的卓越性能。图6c展示了组装的的软包电池结构示意图。6d展示了(001)晶面TiO₂在Mg-Li双盐电解液中，在50 mA/g电流密度下的充放电曲线。在双盐体系中，电池维持清晰的电压平台，总放电容量可达约6 mAh。此外，串联连接的Mg||APC+LiCl|TiO₂ (001) 软包电池可成功点亮20颗黄色LED灯泡(工作电压1.8–2.4 V，见图6e)，直观展示其实际应用潜力。在纯Mg盐电解液中，该软包电池的性能如图S30a所示，其放电容量为2 mAh，同样可稳定为LED灯供电。进一步地，如图S30d所示，在Mg-Li双盐体系中，TiO₂ (001)电极在经历378次循环后仍保持77.11%的容量保持率，而在纯Mg电解液体系中，经过204次长循环后也可实现46.37%的容量保持率。这一系列结果充分证明了TiO₂ (001)晶面正极与超薄镁金属负极(厚度仅0.2 mm)之间优异的电化学匹配性，能够实现长期稳定的储能性能。综上所述，该体系在柔性储能器件、可穿戴电子设备及低功耗能源应用领域展现出广阔的应用前景与技术潜力。

图6. (a)全电池工作原理示意图；(b)本工作与其他已报道材料的电化学性能对比图；(c)软包电池结构示意图；(d) Mg∥APC+LiCl∥TiO₂ (001)晶面材料软包电池在50 mA/g电流密度下的充放电曲线；(e) 两个串联的Mg∥APC+LiCl∥TiO₂ (001)晶面材料软包电池点亮20颗LED灯的展示图。

VI 总结

文章通过水热法成功合成了暴露(001)与(100)晶面的锐钛矿型TiO₂纳米结构材料，并通过纳米结构调控策略实现了特定晶面的择优暴露。随后，系统地研究了这些材料的储能机制和动力学特性。理论计算结果表明，暴露高能晶面可有效优化材料的电子结构，降低其带隙，从而提升电子导电性。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0.475 eV和0.381 eV，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10⁻11 cm2/s；Li离子：从10⁻11提升至10⁻⁷cm2/s)。这一优化显著促进了离子的嵌入/脱出行为，从而提升了材料的倍率性能与循环稳定性。进一步的DFT计算揭示，Mg离子在不同晶面上的吸附能力存在显著差异。(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。实验结果也进一步印证了这一点，在纯Mg盐电解液中，暴露(001)晶面的TiO₂纳米材料在纯镁盐电解液中的容量增长高达90.24%，显著高于在Li盐电解液中的增长幅度(70.77%)。这些结果表明，界面Li储存效果有限，而通过控制材料的特定晶面暴露可有效增强多价离子的储能能力。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1000 mA/g的大电流密度下循环1070圈后，仍可保持170.6 mAh/g的可逆容量。而在镁离子电池(MIBs)体系中，(001)晶面材料在500 mA/g电流密度下循环1964圈后，仍保有约75 mAh/g的容量。

综上，该研究清晰地展示出，通过调控TiO₂的纳米晶体晶面结构，可显著提升其倍率性能与比容量。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。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。

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2024 JCR IF=36.3，学科排名Q1区前2%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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