机械球磨法高效合成TiP2 O7 纳米粉体及其在混合超级电容器电极中的性能突破

　　针对钛焦磷酸盐(TiP2 O7 )因离子/电子导电性差导致超级电容器性能受限的问题，研究人员通过机械球磨法合成不同Ti:P摩尔比(1:5,3:8,3:10)的纳米材料。TiP 8(3:8)样品在1 A g-1 电流密度下展现473 F g-1 超高比电容和58 Wh kg-1 能量密度，为高性能混合超级电容器电极材料开发提供新策略。

　　

随着全球能源结构转型加速，超级电容器因其高功率密度和快速充放电特性成为研究热点。然而传统电极材料如钛焦磷酸盐(TiP₂
O₇
)虽具有理论容量高、环境友好等优势，却受限于本征导电性差导致的循环性能不佳。这一瓶颈严重制约了其在混合超级电容器中的应用，亟需开发新型合成方法改善材料性能。

埃及科学研究与技术院(ASRT)和中央冶金研发所(CMRDI)的Fayza A. Ali团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地采用机械球磨法制备纳米结构TiP₂
O₇
。通过调控Ti:P摩尔比(1:5,3:8,3:10)并在1000°C烧结2小时，成功获得结晶度良好的立方晶系材料。研究综合运用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料特性，并通过电化学测试验证其性能。

主要技术方法
研究采用固相球磨法合成TiP₂
O₇
纳米粉体，以TiO₂
和NH₄
H₂
PO₄
为原料，通过XRD确定晶体结构，FESEM和TEM观察形貌，EDX分析元素组成，XPS检测表面化学状态，FT-IR鉴定官能团，最后通过电化学工作站测试比电容和能量密度等参数。

研究结果

1. 物相与结构分析：XRD显示所有样品均呈现立方晶系结构(JCPDS 00-038-1468)，(600)、(630)、(721)晶面衍射峰尖锐，TiP 8样品结晶度最优。
2. 形貌特征：FESEM显示TiP 8由50-100 nm纳米颗粒组成，具有最大比表面积，有利于电解质渗透和电荷转移。
3. 电化学性能：在1 A g^-1
   电流密度下，TiP 5/8/10比电容分别为357/473/302 F g^-1
   ，TiP 8组装的混合超级电容器(搭配商用活性炭阳极)实现58 Wh kg^-1
   能量密度和774 W kg^-1
   功率密度。

结论与意义
该研究通过简易球磨法成功制备高性能TiP₂
O₇
纳米电极材料，阐明Ti:P化学计量比对材料特性的调控规律。TiP 8(3:8)样品因其优化的离子传输通道和电子导电网络，展现出卓越的储能性能。这项工作不仅为过渡金属磷酸盐材料在能源存储领域的应用提供新思路，其可扩展的合成方法更具备工业化生产潜力，对推动绿色能源器件发展具有重要实践价值。