论文部分内容阅读
随着现代社会对于能源储存的要求日益增加，研究和开发新型的储能材料和器件已经成为当代科技工作者的重要任务。锂离子电池作为一种二次电池，具有高能量、大功率、无记忆效应以及环境友好等特点在移动电话、笔记本电脑、电动汽车以及其他方面有着十分广泛的应用。另外，燃料电池作为一种化学电源能够将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，是现代社会被广泛关注的一种能源存储形式。燃料电池中催化剂的性能起到至关重要的作用，一般氧还原反应中使用的为Pt基催化剂，但是由于其价格昂贵，为此研究者们正在努力研发可以代替贵金属催化剂的其他新型材料。本论文通过对二氧化钛材料的改性，制备出了多种复合材料，并且研究了其作为锂离子电池负极材料和氧还原反应催化剂的性能。主要内容如下: 首先，利用层层仿生矿化和静电吸附的方法构筑了一种多级叠层的含有导电物质的二氧化钛纳米片结构的材料。以氧化石墨烯纳米片作为模板，通过吸附枝状的聚乙烯亚胺(b-PEI)作为矿化剂，随后加入有机钛(Ti-BALDH)作为钛源水解包覆在氧化石墨烯的表面可得到单层的无定型二氧化钛纳米片材料。接着利用正负电荷相互吸引的方法得到叠层的多级二氧化钛纳米片，通过氢氩气气氛的热处理之后，无定型二氧化钛晶化得到锐钛矿相的二氧化钛，同时有机物裂解后得到含有N掺杂的碳的多级叠层二氧化钛材料。将这种材料作为锂离子电池的负极材料时，表现出非常好的储锂性能以及较好的结构稳定性。 其次，以二氧化硅微球作为模板，通过层层仿生矿化的方法分别在模板表面沉积二氧化钛和二氧化锡得到了SiO2@TiO2/SnO2/TiO2复合物，空气气氛中650℃热处理后利用强碱刻蚀模板二氧化硅，即可得到内外两层二氧化钛中间为二氧化锡夹层的核壳空心球状的复合材料TiO2/SnO2/TiO2(TST)，与只有外面单独一层二氧化钛的材料SnO2/TiO2(ST)相比，夹层结构的材料在充放电过程中由于内外二氧化钛层的稳定性，并且这种材料同时利用了二氧化钛的稳定性和二氧化锡材料的高比容量性能，使得整个材料的电化学性能大大提高。 最后，在二氧化钛空心球的基础上，通过表面吸附APTES之后，加入氧化石墨烯，制备出氧化石墨烯包裹的二氧化钛复合材料。最后经过还原气氛热处理和模板的刻蚀，得到了石墨烯包裹的二氧化钛空心球材料。碳材料的加入很好的提高了单独二氧化钛的导电性，并且利用空心球材料的优势，使得这种复合材料作为氧还原的催化剂表现出了比单独二氧化钛更加优异的电化学性能。