氮化钛纳米线的结构特征及其对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）的电极过程

发布时间：2021-07-21 09:10

　　采用水热法在钛片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）。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对材料的组成、微观结构和电极过程动力学的特征进行表征。结果表明,TiN NWs纳米线的直径约20-50 nm,长度超过5μm,其表面可能存在Ti-N键、Ti-O键和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。TiN NWs电极对V（Ⅱ）/V（Ⅲ）离子表现出更好的可逆性,其电极反应电阻R_ct值比TiO₂ NWs和石墨电极分别小约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(速率常数9.63×10^-5 cm·s^-1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性能。 

【文章来源】：物理化学学报. 2017,33(06)北大核心SCICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌

咏?36.8°、42.7°、62.1°、74.3°、78.3°处的衍射峰分别对应于面心立方TiN的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，其他位置的衍射峰对应于Ti基底，未显示TiO2的特征衍射峰，说明在氨气气氛下经过高温氮化后的主相为面心立方的TiN相。将上述TiNNWs的衍射峰2q位置与标准TiN卡片(PDF#06-0642)进行对比发现(见表1)，TiNNWs主相的衍射峰2q值均向右(大角度)图1(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs的SEM形貌Fig.1SEMmorphologyofTiO2NWs(a)andTiNNWs(b)Insetsin(a,b)showthecorrespondinghigh-magnificationimages.图2TINNWs的(a)TEM和(b)HRTEM照片Fig.2TEM(a)andHRTEM(b)imagesofTiNNWs

的实线)，说明TiO2NWs对电解液中的活性物质V(III)无明显的电催化作用，而TiNNWs展现了显著的氧化还原能力，这主要归因于TiNNWs具有更好的电导性和电催化作用。在相同条件下的石墨电极上(见图5(c))也显示了一对氧化还原峰，但其峰形的对称性较差，阴极还原峰电流(Ipc)和阳极氧化峰电流(Ipa)的比值(Ipc/Ipa)接近于2，而在TiNNWs电极上这个比值接近于1(1.156)，这表明石墨电极对V(II)/V(III)的电催化活性和可逆性相对较差，而TiNNWs电极显示出准可逆特征。利用电化学阻抗谱进一步分析这三种电极图6TiO2NWs(▼)、TiNNWs(◆)和石墨(●)电极的电化学阻抗谱Fig.6EISofTiO2NWs(▼),TiNNWs(◆)andgraphite(●)electrodesInsetistheequivalentcircuit,amplitudeof5mVfrom102105Hzwithbiasvoltageof0.6V图5(a)TiO2NWs、(b)TiNNWs、(c)石墨电极的循环伏安曲线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

【参考文献】：
期刊论文
[1]全钒液流电池用碳纸电极掺氮改性的研究（英文）[J]. 何章兴,刘剑蕾,何震,刘素琴.  无机材料学报. 2015(07)
[2]水热氧化改性碳纸电极在全钒氧化还原电池中的应用(英文)[J]. 苏安群,汪南方,刘素琴,吴涛,彭穗.  物理化学学报. 2012(06)



本文编号：3294740