TiO 2 -NTs/rGO复合材料的制备及电化学性能

发布时间：2021-10-09 01:24

　　通过碱液水热法制备TiO₂纳米管（TiO₂-NTs）前驱体,并将其与氧化石墨烯复合得到二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯（TiO₂-NTs/rGO）复合材料。利用X射线衍射仪（XRD）,透射电子显微镜（TEM）,电化学测试等分析技术对复合物进行表征。结果表明:复合物中TiO₂-NTs晶相为B型（TiO₂（B））,其管径约为25³0nm;与单纯TiO₂-NTs相比,石墨烯负载的TiO₂-NTs的倍率性能和循环性能都得到显著改善,在放电倍率为1C（335mA/g）时,TiO₂-NTs/rGO和TiO₂-NTs首次放电容量分别为258.5mAh/g和214.9mAh/g;电化学阻抗谱测试显示,复合材料的电荷转移电阻明显小于纯相TiO₂-NTs。 

【文章来源】：材料工程. 2017,45(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图３离子置换后的ＴｉＯ２－ＮＴｓ前驱体的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．３ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＴｉＯ２－ＮＴｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒａｆｔｅｒｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅ

析可知，复合物中ＴｉＯ２－ＮＴｓ为空心结构，单根管径约为２５～３０ｎｍ，多根管聚集成管束后直径为２００～３００ｎｍ。ＳＥＭ及ＴＥＭ显示，经过热处理之后，ＴｉＯ２－ＮＴｓ的形貌主要取决于其离子置换后的前驱体。与石墨烯复合后，如图４（ｂ）所示，ＴｉＯ２－ＮＴｓ负载在褶皱的石墨烯的图３离子置换后的ＴｉＯ２－ＮＴｓ前驱体的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．３ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＴｉＯ２－ＮＴｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒａｆｔｅｒｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅ图４ＴｉＯ２－ＮＴｓ（ａ）和ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ复合材料（ｂ）的ＴＥＭ图Ｆｉｇ．４ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＴｉＯ２－ＮＴｓ（ａ）ａｎｄＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ｂ）９５

浸润能力，另外石墨烯能够提高电极材料的电子导电性，从而加速了电荷迁移速率，使得复合材料的倍率性能得到改善。当电池的电流由高倍率减小到小倍率（０．２Ｃ）时，ＴｉＯ２－ＮＴｓ和ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ的可逆容量均恢复，表明ＴｉＯ２－ＮＴｓ和ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ的电化学性能较稳定。从倍率性能对比可知，石墨烯的加入显著地改善了材料电化学性能，尤其是高倍率性能。图６为ＴｉＯ２－ＮＴｓ和ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ复合物的循图５ＴｉＯ２－ＮＴｓ和ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ不同倍率性能Ｆｉｇ．５ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｅｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆＴｉＯ２－ＮＴｓａｎｄＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ环伏安曲线。由图６可见，曲线中的一对氧化还原峰对应于Ｌｉ＋在材料中的脱出和嵌入。当扫描速率为０．２ｍＶ／ｓ时，两个样品均出现了一对氧化还原峰，这是ＴｉＯ２（Ｂ）储锂的赝电容行为［１３］，电化学反应可以表示为：ＴｉＯ２＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－→ＬｉｘＴｉＯ［１４］２。此外，还发现ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ的氧化还原峰电位差为８０ｍＶ，小于ＴｉＯ２－ＮＴｓ的１００ｍＶ，表明Ｌｉ＋在石墨烯负载后的ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ复合物中嵌入／脱出的可逆性更好，这归因于石墨烯的引入改善了电极材料电化学过程，这与倍率测试的结果相一致。随着扫描速率增大，两种材料的氧化还原峰的峰电位差均逐渐增大，表明电极极化增加。但是在相同的扫描速率下，ＴｉＯ２－ＮＴｓ／ｒＧＯ极化小于


本文编号：3425355