论文部分内容阅读
随着便携式电子产品和电动汽车的发展和普及，人们急需一种可以快速充放电、密度小、安全可靠的电极材料。二氧化钛作为一种价廉易得、稳定环保的无机半导体材料，在锂电池和光催化等能源与环境领域都有很多应用。二氧化钛所具有的四种晶型中，锐钛矿相和金红石相的催化能力比较高，板钛矿属于锐钛矿和金红石相的过渡相，合成比较困难，所以研究的比较少。B型(Bronze青铜型)二氧化钛，即TiO2(B)，晶体结构内部空隙比较多，结构稳定，在作为快速充放电锂电池电极材料方面具有一定优势。超长纳米管状的二氧化钛具有电子传输距离长，内部结构空隙多，为锂离子的迁移提供了通道，同时一维结构往往具有较高的比表面积，对光催化反应活性的提升和锂离子的嵌入脱出均有较好的促进作用。本文在制备超长二氧化钛纳米管纤维，并对其反应条件进行探究的基础上，针对二氧化钛的一维结构进行了以下工作。
1、采用两种不同的包覆方法制备出由碳层单根包覆的C/TiO2和石墨烯片状包覆的RGO/TiO2。合成的C/TiO2复合材料比容量(238 mAh/g)与二氧化钛(222 mAh/g)相比有一定提高。但是由于碳层对锂离子嵌入脱出行为的阻碍，在高倍率条件下C/TiO2复合材料比容量明显降低。随着碳层的增厚，复合材料的比容量进一步下降。而制备的RGO/TiO2复合材料比容量(289 mAh/g)显著提高，在较高的倍率(5 C)下依然有较高的比容量(148 mAh/g)，与相同倍率下二氧化钛(96 mAh/g)的比容量高出54%，在15C的倍率下RGO/TiO2复合材料的比容量依然可达到88mAh/g。
2、采用二次水热法制备出二氧化钛纳米针，通过加入无机酸改变二次水热反应的pH值来调控二氧化钛的晶型比例，通过调节搅拌速率来调控纳米针的长径比。在静置状态下二氧化钛纳米针的长度约为100nm，而在500rpm和900rpm转速下形成的二氧化钛纳米针长度可达600nm和1.2μm。光催化性能测试表明pH=0.5时制备的纳米针催化性能较好。在500rpm搅拌中形成的二氧化钛纳米针(109.81 m2/g)与静置状态下制备的纳米针(26.67 m2/g)相比，显示出了更好的光催化性能。
1、采用两种不同的包覆方法制备出由碳层单根包覆的C/TiO2和石墨烯片状包覆的RGO/TiO2。合成的C/TiO2复合材料比容量(238 mAh/g)与二氧化钛(222 mAh/g)相比有一定提高。但是由于碳层对锂离子嵌入脱出行为的阻碍，在高倍率条件下C/TiO2复合材料比容量明显降低。随着碳层的增厚，复合材料的比容量进一步下降。而制备的RGO/TiO2复合材料比容量(289 mAh/g)显著提高，在较高的倍率(5 C)下依然有较高的比容量(148 mAh/g)，与相同倍率下二氧化钛(96 mAh/g)的比容量高出54%，在15C的倍率下RGO/TiO2复合材料的比容量依然可达到88mAh/g。
2、采用二次水热法制备出二氧化钛纳米针，通过加入无机酸改变二次水热反应的pH值来调控二氧化钛的晶型比例，通过调节搅拌速率来调控纳米针的长径比。在静置状态下二氧化钛纳米针的长度约为100nm，而在500rpm和900rpm转速下形成的二氧化钛纳米针长度可达600nm和1.2μm。光催化性能测试表明pH=0.5时制备的纳米针催化性能较好。在500rpm搅拌中形成的二氧化钛纳米针(109.81 m2/g)与静置状态下制备的纳米针(26.67 m2/g)相比，显示出了更好的光催化性能。