本文關(guān)鍵詞：一維二氧化鈦納米材料的制備、改性及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及,人們急需一種可以快速充放電、密度小、安全可靠的電極材料。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N價(jià)廉易得、穩(wěn)定環(huán)保的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料,在鋰電池和光催化等能源與環(huán)境領(lǐng)域都有很多應(yīng)用。二氧化鈦所具有的四種晶型中,銳鈦礦相和金紅石相的催化能力比較高,板鈦礦屬于銳鈦礦和金紅石相的過渡相,合成比較困難,所以研究的比較少。B型(Bronze青銅型)二氧化鈦,即TiO2(B),晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙比較多,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在作為快速充放電鋰電池電極材料方面具有一定優(yōu)勢(shì)。超長(zhǎng)納米管狀的二氧化鈦具有電子傳輸距離長(zhǎng),內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙多,為鋰離子的遷移提供了通道,同時(shí)一維結(jié)構(gòu)往往具有較高的比表面積,對(duì)光催化反應(yīng)活性的提升和鋰離子的嵌入脫出均有較好的促進(jìn)作用。本文在制備超長(zhǎng)二氧化鈦納米管纖維,并對(duì)其反應(yīng)條件進(jìn)行探究的基礎(chǔ)上,針對(duì)二氧化鈦的一維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以下工作。1、采用兩種不同的包覆方法制備出由碳層單根包覆的C/Ti O2和石墨烯片狀包覆的RGO/TiO2。合成的C/TiO2復(fù)合材料比容量(238 mAh/g)與二氧化鈦(222 mAh/g)相比有一定提高。但是由于碳層對(duì)鋰離子嵌入脫出行為的阻礙,在高倍率條件下C/TiO2復(fù)合材料比容量明顯降低。隨著碳層的增厚,復(fù)合材料的比容量進(jìn)一步下降。而制備的RGO/Ti O2復(fù)合材料比容量(289 mAh/g)顯著提高,在較高的倍率(5 C)下依然有較高的比容量(148 mAh/g),與相同倍率下二氧化鈦(96 mAh/g)的比容量高出54%,在15 C的倍率下RGO/TiO2復(fù)合材料的比容量依然可達(dá)到88 mAh/g。2、采用二次水熱法制備出二氧化鈦納米針,通過加入無(wú)機(jī)酸改變二次水熱反應(yīng)的pH值來調(diào)控二氧化鈦的晶型比例,通過調(diào)節(jié)攪拌速率來調(diào)控納米針的長(zhǎng)徑比。在靜置狀態(tài)下二氧化鈦納米針的長(zhǎng)度約為100 nm,而在500 rpm和900 rpm轉(zhuǎn)速下形成的二氧化鈦納米針長(zhǎng)度可達(dá)600 nm和1.2μm。光催化性能測(cè)試表明pH=0.5時(shí)制備的納米針催化性能較好。在500 rpm攪拌中形成的二氧化鈦納米針(109.81 m2/g)與靜置狀態(tài)下制備的納米針(26.67 m2/g)相比,顯示出了更好的光催化性能。
【關(guān)鍵詞】：B型TiO2 一維TiO2 石墨烯 鋰電池 光催化
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ134.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 引言11-25
• 1.1 二氧化鈦簡(jiǎn)介11-14
• 1.1.1 鋰電池基本原理和半導(dǎo)體光催化基本原理11-13
• 1.1.2 二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)及相關(guān)應(yīng)用13-14
• 1.2 二氧化鈦納米管的制備方法14-17
• 1.2.1 電化學(xué)合成14-16
• 1.2.2 化學(xué)模板合成法16-17
• 1.2.3 堿液水熱處理法17
• 1.3 石墨烯簡(jiǎn)介17-19
• 1.3.1 炭材料發(fā)展歷程17-18
• 1.3.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.4 石墨烯的制備19-22
• 1.4.1 機(jī)械剝離法19
• 1.4.2 化學(xué)氧化還原法19-20
• 1.4.3 金屬襯底上化學(xué)氣相沉積法(CVD)20-21
• 1.4.4 碳化硅熱解法21-22
• 1.5 二氧化鈦與碳材料的復(fù)合22-23
• 1.5.1 水熱法22
• 1.5.2 光催化還原法22-23
• 1.5.3 共熱法23
• 1.6 本文的構(gòu)思及意義23-25
• 第2章 二氧化鈦納米管的制備及條件優(yōu)化25-36
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品與實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.2.1 主要實(shí)驗(yàn)藥品試劑26
• 2.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備26-27
• 2.2.3 反應(yīng)裝置27
• 2.3 二氧化鈦納米管的制備27-28
• 2.3.1 超長(zhǎng)鈦酸鹽納米管的制備27
• 2.3.2 超長(zhǎng)二氧化鈦納米管的制備27-28
• 2.3.3 二氧化鈦納米管束長(zhǎng)度、直徑的調(diào)控28
• 2.4 形貌和晶型等的表征28-29
• 2.4.1 X-射線衍射分析(XRD)28
• 2.4.2 掃描電鏡分析(SEM)28-29
• 2.4.3 透射電鏡分析(TEM)29
• 2.4.4 紅外光譜分析(FT-IR)29
• 2.4.5 比表面積分析29
• 2.5 結(jié)果與討論29-35
• 2.5.1 二氧化鈦納米管的XRD分析29-30
• 2.5.2 二氧化鈦納米管的結(jié)構(gòu)分析30-31
• 2.5.3 二氧化鈦納米管的形貌分析31-32
• 2.5.4 二氧化鈦納米管的紅外圖譜分析32-33
• 2.5.5 二氧化鈦納米管的脫吸附曲線分析33
• 2.5.6 水熱反應(yīng)條件對(duì)二氧化鈦納米管形貌的影響33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 碳包覆超長(zhǎng)二氧化鈦納米管的制備36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)藥品試劑與實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備36-38
• 3.2.1 主要的實(shí)驗(yàn)藥品36-37
• 3.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器37-38
• 3.3 C/TIO2納米管的制備38-39
• 3.3.1 制備鈦酸鹽納米管(Na-TiO)38
• 3.3.2 制備氧化石墨烯(GO)38
• 3.3.3 以聚乙二醇為碳源的C/TiO_2納米管的制備38-39
• 3.3.4 以氧化石墨烯為碳源的RGO/TiO_2納米管的制備39
• 3.3.5 紐扣電池的制作39
• 3.4 表征和測(cè)試39-40
• 3.4.1 X-射線衍射分析(XRD)39
• 3.4.2 掃描電鏡分析(SEM)39
• 3.4.3 透射電鏡分析(TEM)39
• 3.4.4 倍率性能測(cè)試39-40
• 3.4.5 阻抗分析(EIS)40
• 3.5 結(jié)果與討論40-51
• 3.5.1 碳包覆二氧化鈦納米管的晶型分析(XRD)40-41
• 3.5.2 碳包覆二氧化鈦納米管的形貌分析(TEM, SEM)41-44
• 3.5.3 碳包覆二氧化鈦納米管的碳含量檢測(cè)(EDS)44-46
• 3.5.4 碳包覆二氧化鈦納米管的電化學(xué)儲(chǔ)能性能檢測(cè)46-51
• 3.6 本章結(jié)論51-53
• 第4章 二氧化鈦納米針的制備及性能測(cè)試53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 試驗(yàn)藥藥品與實(shí)驗(yàn)儀器53-54
• 4.2.1 主要實(shí)驗(yàn)藥品試劑53-54
• 4.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備54
• 4.3 超長(zhǎng)二氧化鈦納米針的制備54-55
• 4.3.1 超長(zhǎng)鈦酸鹽納米管的制備54
• 4.3.2 二氧化鈦納米針的制備54-55
• 4.4 表征和測(cè)試55
• 4.4.1 X-射線衍射分析(XRD)55
• 4.4.2 掃描電鏡分析(SEM)55
• 4.4.3 透射電鏡分析(TEM)55
• 4.4.4 催化性能測(cè)試55
• 4.6 結(jié)果與討論55-61
• 4.6.1 二氧化鈦納米針的晶型分析55-57
• 4.6.2 二氧化鈦納米管的形貌分析57-59
• 4.6.3 二氧化鈦納米管的等溫吸脫附曲線分析59-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 第5章 全文總結(jié)62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)63
• 5.3 不足與展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 附錄70

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：337342