【摘 要】
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本文通过水热法和阳极氧化法分别在钛箔表面直接生长纳米线和纳米管两种结构的氮化钛膜,研究其对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）的电催化性能,评价其作为钒电池负极材料的充放电性能。首先,利用水热
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本文通过水热法和阳极氧化法分别在钛箔表面直接生长纳米线和纳米管两种结构的氮化钛膜,研究其对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）的电催化性能,评价其作为钒电池负极材料的充放电性能。首先,利用水热反应在钛箔表面直接生长二氧化钛纳米线（TiO2 NWs）,随后通过氨氮还原转化为氮化钛纳米线（TiN NWs）。采用扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、循环伏安法和电化学阻抗谱等对材料组成、微观结构和电极过程动力学特征进行表征。结果表明,TiN NWs的直径约2050 nm,长度超过5μm,其表面可能存在Ti-N、Ti-O和O-Ti-N键,这种含氮和含氧的化学态使得TiN NWs电极具有更好的电导性和电催化性能。与TiO2 NWs和石墨电极相比,TiN NWs电极的电荷转移电阻Rct值分别小约20倍和10倍。同时,TiN NWs电极上V（Ⅲ）还原反应的速率常数为5.21×10-4 cm·s-1,约是石墨电极的5倍,这可归因于TiN NWs的一维纳米线微结构特征及其较高的电催化活性。然后,利用阳极氧化法在钛箔表面原位生长二氧化钛纳米管（TiO2 NTs）,随后通过氨氮还原转化为氮化钛纳米管（TiN NTs）。研究表明,高温氮化后其形貌仍保持纳米管的微观结构,其对V（Ⅲ）还原反应的扩散系数为1.05×10-3 cm2·s-1,约是石墨电极的10倍。TiN NTs电极对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）展现了优异的电催化活性和可逆性,这主要由于TiN NTs大的电化学真实表面积和快速的电子转移通道。当充放电的电流密度为10 mA·cm-2时,TiN纳米膜作为钒电池负极,能量效率最高可达73.60%,具有潜在的应用前景。
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