滴加速率对TiO 2 /RGO复合材料结构和储钠性能的影响
发布时间：2021-01-01 20:39
以钛酸丁酯为前驱物,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法和热处理法制备了钠离子电池TiO2/还原氧化石墨烯复合负极材料（TiO2/RGO）,研究了溶胶-凝胶法过程中反应物钛酸丁酯滴加速率对TiO2/RGO复合材料形貌结构及储钠性能的影响。结果表明,TiO2/RGO复合材料由锐钛矿相TiO2和还原氧化石墨烯组成,TiO2富集在RGO片层边缘。电化学测试结果表明,随着滴加速率的增大,首次放电比容量和库伦效率呈现先增大后减小的趋势;当滴加速率为1.0mL/min时,TiO2/RGO复合材料具有良好的储钠性能,在1C(1C=20mA·g-1)倍率下首次放电比容量和库伦效率分别为140.14mAh·g-1和27.92%,具有良好的循环和倍率性能。
【文章来源】：材料导报. 2017年10期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
逐渐减弱，半峰宽逐渐增大，说明ＴｉＯ２晶粒尺寸逐渐减校用谢乐方程和布拉格方程计算得出样品的平均晶粒尺寸、ＲＧＯ层间距、层数（见表１）。图１不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ由表１可以看出，随着滴加速率的减慢，ＴｉＯ２粒径及ＲＧＯ层数都呈现出逐渐减小的趋势。２．２表面形貌分析图２是不同滴加速率下合成的ＴｉＯ２／ＲＧＯ负极材料的ＳＥＭ图像。由图２可见，在ＲＧＯ片层的褶皱和边缘处富集了大量的微小颗粒状物质，这些微小颗粒可能是沉积的纳米ＴｉＯ２。由于滴加速率不同，复合材料的形貌有所差异，滴加速率较快时，颗粒状物质在ＲＧＯ片层边缘较为密集；滴加速度较慢时，颗粒状物质分散较均匀且团聚现象减少。滴加速率快很容易造成钛酸丁酯局部水解过快而使胶凝生成沉图２不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ·２·材料导报Ｂ：研究篇２０１７年５月（Ｂ）第３１卷第５期
淀［１３］，造成ＴｉＯ２在ＲＧＯ片层上分布不均。纳米ＴｉＯ２均匀分散在ＲＧＯ的三维导电网络中时，复合结构能够缓冲电极在充放电过程中不断结构转化（脱嵌）带来的体积膨胀和收缩，阻止纳米粒子及ＲＧＯ片层的团聚，将大大改善材料的循环稳定性［９］。２．３表面积分析图３为ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的比表面积测试结果，滴加速率为６．０ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积仅为２７９．３０ｍ２／ｇ，滴加速率为１．０ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积达到３５０．５２ｍ２／ｇ，滴加速率为０．３ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积为４６６．３７ｍ２／ｇ。由图３可知，随着滴加速率的减慢，复合材料的比表面积呈现逐渐增大的趋势，可能是因为钛酸丁酯滴加速率较慢时，二氧化钛分散较均匀，团聚现象逐渐减弱，ＴｉＯ２粒径减小，使得比表面积增大，这与ＸＲＤ结果相吻合。图３不同滴加速率下的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的比表面积Ｆｉｇ．３ＢＥＴｄｉａｇｒａｍｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ２．４ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的形成过程根据ＸＲＤ、ＳＥＭ及比表面积测试结果，推理得出ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料合成主要包括以下６个步骤（见图４）：（１）ＧＯ表面含有大量的亲水性含氧官能团，在乙醇水溶液超声分散的过程中，ＧＯ片层被水分子拉开，从而增大了ＧＯ的层间距。（２）钛酸丁酯在ＧＯ悬浮液中水解生成ＴｉＯ２胶粒，胶粒在溶液中作无规则运动，即布朗运动。（３）滴加速率
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3/rGO纳米复合物的制备及其储锂和储钠性能[J]. 李婷,龙志辉,张道洪. 物理化学学报. 2016(02)
[2]多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用[J]. 张京飞,陆静,杨晓宇,黄韵迪,徐林,孙冬梅,唐亚文. 电化学. 2015(06)
[3]氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈阳,张梓澜,隋志军,刘芝婷,周静红,周兴贵. 物理化学学报. 2015(06)
[4]还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 许婧,杨德志,廖小珍,何雨石,马紫峰. 物理化学学报. 2015(05)
[5]钠离子电池负极材料[J]. 何菡娜,王海燕,唐有根,刘又年. 化学进展. 2014(04)
[6]溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶的影响因素及方法改进[J]. 杨依隆,辛秀兰,胡代强,秦省军. 北京工商大学学报(自然科学版). 2007(03)
博士论文
[1]金属硫化物—石墨烯复合物的微波法制备及其在钠离子电池负极的应用[D]. 秦伟.华东师范大学 2016
硕士论文
[1]钠离子电池负极材料Na2Ti3O7@CNT的制备及电化学性能研究[D]. 杨中华.苏州大学 2015
本文编号：2951959
【文章来源】：材料导报. 2017年10期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
逐渐减弱，半峰宽逐渐增大，说明ＴｉＯ２晶粒尺寸逐渐减校用谢乐方程和布拉格方程计算得出样品的平均晶粒尺寸、ＲＧＯ层间距、层数（见表１）。图１不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ由表１可以看出，随着滴加速率的减慢，ＴｉＯ２粒径及ＲＧＯ层数都呈现出逐渐减小的趋势。２．２表面形貌分析图２是不同滴加速率下合成的ＴｉＯ２／ＲＧＯ负极材料的ＳＥＭ图像。由图２可见，在ＲＧＯ片层的褶皱和边缘处富集了大量的微小颗粒状物质，这些微小颗粒可能是沉积的纳米ＴｉＯ２。由于滴加速率不同，复合材料的形貌有所差异，滴加速率较快时，颗粒状物质在ＲＧＯ片层边缘较为密集；滴加速度较慢时，颗粒状物质分散较均匀且团聚现象减少。滴加速率快很容易造成钛酸丁酯局部水解过快而使胶凝生成沉图２不同滴加速率下制备的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ·２·材料导报Ｂ：研究篇２０１７年５月（Ｂ）第３１卷第５期
淀［１３］，造成ＴｉＯ２在ＲＧＯ片层上分布不均。纳米ＴｉＯ２均匀分散在ＲＧＯ的三维导电网络中时，复合结构能够缓冲电极在充放电过程中不断结构转化（脱嵌）带来的体积膨胀和收缩，阻止纳米粒子及ＲＧＯ片层的团聚，将大大改善材料的循环稳定性［９］。２．３表面积分析图３为ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的比表面积测试结果，滴加速率为６．０ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积仅为２７９．３０ｍ２／ｇ，滴加速率为１．０ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积达到３５０．５２ｍ２／ｇ，滴加速率为０．３ｍＬ／ｍｉｎ时，比表面积为４６６．３７ｍ２／ｇ。由图３可知，随着滴加速率的减慢，复合材料的比表面积呈现逐渐增大的趋势，可能是因为钛酸丁酯滴加速率较慢时，二氧化钛分散较均匀，团聚现象逐渐减弱，ＴｉＯ２粒径减小，使得比表面积增大，这与ＸＲＤ结果相吻合。图３不同滴加速率下的ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的比表面积Ｆｉｇ．３ＢＥＴｄｉａｇｒａｍｓｏｆＴｉＯ２／ＲＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｏｐｐｉｎｇｒａｔｅｓ２．４ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料的形成过程根据ＸＲＤ、ＳＥＭ及比表面积测试结果，推理得出ＴｉＯ２／ＲＧＯ复合材料合成主要包括以下６个步骤（见图４）：（１）ＧＯ表面含有大量的亲水性含氧官能团，在乙醇水溶液超声分散的过程中，ＧＯ片层被水分子拉开，从而增大了ＧＯ的层间距。（２）钛酸丁酯在ＧＯ悬浮液中水解生成ＴｉＯ２胶粒，胶粒在溶液中作无规则运动，即布朗运动。（３）滴加速率
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe2O3/rGO纳米复合物的制备及其储锂和储钠性能[J]. 李婷,龙志辉,张道洪. 物理化学学报. 2016(02)
[2]多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用[J]. 张京飞,陆静,杨晓宇,黄韵迪,徐林,孙冬梅,唐亚文. 电化学. 2015(06)
[3]氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈阳,张梓澜,隋志军,刘芝婷,周静红,周兴贵. 物理化学学报. 2015(06)
[4]还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 许婧,杨德志,廖小珍,何雨石,马紫峰. 物理化学学报. 2015(05)
[5]钠离子电池负极材料[J]. 何菡娜,王海燕,唐有根,刘又年. 化学进展. 2014(04)
[6]溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶的影响因素及方法改进[J]. 杨依隆,辛秀兰,胡代强,秦省军. 北京工商大学学报(自然科学版). 2007(03)
博士论文
[1]金属硫化物—石墨烯复合物的微波法制备及其在钠离子电池负极的应用[D]. 秦伟.华东师范大学 2016
硕士论文
[1]钠离子电池负极材料Na2Ti3O7@CNT的制备及电化学性能研究[D]. 杨中华.苏州大学 2015
本文编号：2951959
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