بهبود عملکرد الکتروشیمیایی نانولوله‌های tio₂ با آلایش نیتروژن و گرافن

نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم به دلیل پایداری شیمیایی، ایمنی مناسب و تغییر حجم ناچیز در طی لیتیا‌سیون، از گزینه‌های مهم برای آند باتری‌های لیتیوم-یون به شمار می‌روند. با این حال، رسانایی الکترونی پایین و نفوذ محدود یون لیتیوم، عملکرد آن‌ها را به‌ویژه در نرخ‌های بالا محدود می‌کند. در این مقاله مروری، اثر دو راهبرد اصلاحی شامل آلایش نیتروژن و ترکیب با گرافن بر بهبود رفتار الکتروشیمیایی نانولوله‌های tio₂ بررسی شده است. نتایج پژوهش‌های معتبر نشان می‌دهد آلایش نیتروژن با ایجاد نواقص اکسیژنی و حالت‌های میان‌نواری، مقاومت انتقال بار را کاهش داده و رسانایی الکترونی را افزایش می‌دهد. از سوی دیگر، گرافن با فراهم‌سازی مسیرهای سریع انتقال الکترون و سطح فعال گسترده، ظرفیت ویژه و نرخ‌پذیری الکترود را بهبود می‌بخشد. مرور سیستماتیک مطالعات نشان می‌دهد که ساختار ترکیبی tio₂– n/graphene نسبت به tio₂ خالص، ظرفیت بالاتر، قطبش کمتر و پایداری چرخه‌ای بهتری ارائه می‌کند. این یافته‌ها بیانگر آن است که استفاده هم‌زمان از آلایش غیرفلزی و مواد کربنی نانومقیاس، راهکاری موثر و کم‌هزینه برای توسعه آندهای کارآمد و پایدار در سامانه‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی است.

electrochemical enhancement of tio₂ nanotubes using nitrogen doping and graphene

titanium dioxide nanotubes are regarded as promising anode candidates for lithium-ion batteries due to their chemical stability, intrinsic safety, and negligible volume change during lithiation and delithiation. however, their practical performance is constrained by low electronic conductivity and limited lithium-ion diffusion, particularly at high charge–discharge rates. this review examines two major modification strategies—nitrogen doping and graphene incorporation—that have been widely explored to overcome these limitations. evidence from recent studies indicates that nitrogen doping introduces oxygen vacancies and mid-gap states, enhances electronic conductivity, and reduces charge-transfer resistance. in parallel, graphene provides highly conductive pathways and a large active surface area, leading to improved specific capacity, rate capability, and structural stability. a systematic comparison of the literature reveals that tio?–n/graphene hybrid structures outperform pristine tio? in terms of capacity retention, polarization behavior, and long-term cycling stability. overall, the synergistic application of non-metal doping and nanoscale carbon materials represents an effective and low-cost approach for developing high-performance and durable anodes for modern energy-storage systems.