氮化鈦納米線的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)V（Ⅱ）/V（Ⅲ）的電極過(guò)程
發(fā)布時(shí)間：2021-07-21 09:10
采用水熱法在鈦片表面直接生長(zhǎng)二氧化鈦納米線（TiO2 NWs）,隨后通過(guò)氨氮還原轉(zhuǎn)化為氮化鈦納米線（TiN NWs）。利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、循環(huán)伏安法（CV）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）對(duì)材料的組成、微觀結(jié)構(gòu)和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的特征進(jìn)行表征。結(jié)果表明,TiN NWs納米線的直徑約20-50 nm,長(zhǎng)度超過(guò)5μm,其表面可能存在Ti-N鍵、Ti-O鍵和O-Ti-N鍵,這種含氮和含氧的化學(xué)態(tài)使得TiN NWs電極具有更好的電導(dǎo)性和電催化性能。TiN NWs電極對(duì)V（Ⅱ）/V（Ⅲ）離子表現(xiàn)出更好的可逆性,其電極反應(yīng)電阻Rct值比TiO2 NWs和石墨電極分別小約20倍和10倍。同時(shí),TiN NWs電極上V（Ⅲ）還原反應(yīng)的速率常數(shù)為5.21×10-4 cm·s-1,約是石墨電極(速率常數(shù)9.63×10-5 cm·s-1的5倍,這可歸因于TiN NWs的一維納米線微結(jié)構(gòu)特征及其較高的電催化性能。
【文章來(lái)源】：物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2017,33(06)北大核心SCICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌
詠?36.8°、42.7°、62.1°、74.3°、78.3°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)于面心立方TiN的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，其他位置的衍射峰對(duì)應(yīng)于Ti基底，未顯示TiO2的特征衍射峰，說(shuō)明在氨氣氣氛下經(jīng)過(guò)高溫氮化后的主相為面心立方的TiN相。將上述TiNNWs的衍射峰2q位置與標(biāo)準(zhǔn)TiN卡片(PDF#06-0642)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)表1)，TiNNWs主相的衍射峰2q值均向右(大角度)圖1(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌Fig.1SEMmorphologyofTiO2NWs(a)andTiNNWs(b)Insetsin(a,b)showthecorrespondinghigh-magnificationimages.圖2TINNWs的(a)TEM和(b)HRTEM照片F(xiàn)ig.2TEM(a)andHRTEM(b)imagesofTiNNWs
的實(shí)線)，說(shuō)明TiO2NWs對(duì)電解液中的活性物質(zhì)V(III)無(wú)明顯的電催化作用，而TiNNWs展現(xiàn)了顯著的氧化還原能力，這主要?dú)w因于TiNNWs具有更好的電導(dǎo)性和電催化作用。在相同條件下的石墨電極上(見(jiàn)圖5(c))也顯示了一對(duì)氧化還原峰，但其峰形的對(duì)稱(chēng)性較差，陰極還原峰電流(Ipc)和陽(yáng)極氧化峰電流(Ipa)的比值(Ipc/Ipa)接近于2，而在TiNNWs電極上這個(gè)比值接近于1(1.156)，這表明石墨電極對(duì)V(II)/V(III)的電催化活性和可逆性相對(duì)較差，而TiNNWs電極顯示出準(zhǔn)可逆特征。利用電化學(xué)阻抗譜進(jìn)一步分析這三種電極圖6TiO2NWs(▼)、TiNNWs(◆)和石墨(●)電極的電化學(xué)阻抗譜Fig.6EISofTiO2NWs(▼),TiNNWs(◆)andgraphite(●)electrodesInsetistheequivalentcircuit,amplitudeof5mVfrom102105Hzwithbiasvoltageof0.6V圖5(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs、(c)石墨電極的循環(huán)伏安曲線Fig.5CVcurvesof(a)TiO2NWs,(b)TiNNWsand(c)graphiteelectrodesIn(a),(b)and(c),blackdashline(---):3.0mol×L1H2SO4;redsolidline(—):adding1.5mol×L1V(Ⅲ)in3.0mol×L-1H2SO4;scanrate:50mV×s1.coloronline
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全釩液流電池用碳紙電極摻氮改性的研究（英文）[J]. 何章興,劉劍蕾,何震,劉素琴. 無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2015(07)
[2]水熱氧化改性碳紙電極在全釩氧化還原電池中的應(yīng)用(英文)[J]. 蘇安群,汪南方,劉素琴,吳濤,彭穗. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(06)
本文編號(hào)：3294740
【文章來(lái)源】：物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2017,33(06)北大核心SCICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌
詠?36.8°、42.7°、62.1°、74.3°、78.3°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)于面心立方TiN的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，其他位置的衍射峰對(duì)應(yīng)于Ti基底，未顯示TiO2的特征衍射峰，說(shuō)明在氨氣氣氛下經(jīng)過(guò)高溫氮化后的主相為面心立方的TiN相。將上述TiNNWs的衍射峰2q位置與標(biāo)準(zhǔn)TiN卡片(PDF#06-0642)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)表1)，TiNNWs主相的衍射峰2q值均向右(大角度)圖1(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌Fig.1SEMmorphologyofTiO2NWs(a)andTiNNWs(b)Insetsin(a,b)showthecorrespondinghigh-magnificationimages.圖2TINNWs的(a)TEM和(b)HRTEM照片F(xiàn)ig.2TEM(a)andHRTEM(b)imagesofTiNNWs
的實(shí)線)，說(shuō)明TiO2NWs對(duì)電解液中的活性物質(zhì)V(III)無(wú)明顯的電催化作用，而TiNNWs展現(xiàn)了顯著的氧化還原能力，這主要?dú)w因于TiNNWs具有更好的電導(dǎo)性和電催化作用。在相同條件下的石墨電極上(見(jiàn)圖5(c))也顯示了一對(duì)氧化還原峰，但其峰形的對(duì)稱(chēng)性較差，陰極還原峰電流(Ipc)和陽(yáng)極氧化峰電流(Ipa)的比值(Ipc/Ipa)接近于2，而在TiNNWs電極上這個(gè)比值接近于1(1.156)，這表明石墨電極對(duì)V(II)/V(III)的電催化活性和可逆性相對(duì)較差，而TiNNWs電極顯示出準(zhǔn)可逆特征。利用電化學(xué)阻抗譜進(jìn)一步分析這三種電極圖6TiO2NWs(▼)、TiNNWs(◆)和石墨(●)電極的電化學(xué)阻抗譜Fig.6EISofTiO2NWs(▼),TiNNWs(◆)andgraphite(●)electrodesInsetistheequivalentcircuit,amplitudeof5mVfrom102105Hzwithbiasvoltageof0.6V圖5(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs、(c)石墨電極的循環(huán)伏安曲線Fig.5CVcurvesof(a)TiO2NWs,(b)TiNNWsand(c)graphiteelectrodesIn(a),(b)and(c),blackdashline(---):3.0mol×L1H2SO4;redsolidline(—):adding1.5mol×L1V(Ⅲ)in3.0mol×L-1H2SO4;scanrate:50mV×s1.coloronline
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全釩液流電池用碳紙電極摻氮改性的研究（英文）[J]. 何章興,劉劍蕾,何震,劉素琴. 無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2015(07)
[2]水熱氧化改性碳紙電極在全釩氧化還原電池中的應(yīng)用(英文)[J]. 蘇安群,汪南方,劉素琴,吳濤,彭穗. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(06)
本文編號(hào)：3294740
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