TiO2复合材料的制备及其光电性能研究
TiO2纳米材料因具有安全系数高、易制取、廉价、结构稳定、无毒等特点，不仅可以作为光催化剂降解有机污染物，解决环境污染问题，同时还可以替代不可再生能源，用来制作锂离子电池的负极材料，降低能源匮乏带来的压力。 TiO2纳米材料具有较高的禁带宽度，作光催化剂时对自然光的利用率小，仅在紫外光的照射下容易发生光催化反应;作为锂离子电池负极材料时，理论比容量相对较低，仅为168 mAhg1，并且纳米二氧化钛制备工艺复杂，易于产生团聚，不适用于商业化生产。本文针对以上缺点，用水热法制备Fe、Ni金属离子掺杂的复合二氧化钛纳米材料。在水热法过程中改变实验条件，控制金属离子的掺杂浓度和改变反应所需的碱性条件下NaOH浓度，制备出粒径小、分布均匀、分散性较好的锐钛矿型二氧化钛，并研究其光催化和电化学性能。 将不同浓度的Fe、Ni金属离子分别与硫酸钛混合与NaOH共沉淀，把生成物通过水热反应，在通过酸泡，煅烧等工艺制取TiO2复合纳米材料。通过X射线衍射分析样品的晶型结构，采用SEM和TEM对样品的形貌、尺寸、分散性进行观察讨论。分析表明掺杂浓度2％Ni、NaOH浓度10 mol/L时的TiO2分散性最好，形貌均匀，为纯相锐钛矿。 通过对亚甲基蓝进行光催化降解，分别研究Fe、Ni金属离子掺杂、金属离子掺杂浓度、水热反应过程中NaOH浓度对二氧化钛光催化性能的影响。分析表明金属离子掺杂浓度为1％Fe、NaOH浓度为6 mol/L时的样品，能在光催化降解亚甲基蓝50分钟后的降解率达到99.6％。 将复合材料制备成锂离子电池的负极材料，组装成电池，通过恒倍率充放电测试，变倍率充放电测试，循环伏安测试及阻抗分析，Fe、Ni金属离子掺杂，不同掺杂浓度，不同反应碱性条件对二氧化钛电性能的影响，找出实验过程中适应电性能的最佳制备条件。实验结果表明:Fe离子浓度为1％，水热碱性环境NaOH浓度为8 mol/L时样品首次放电容量却达到了421.1 mAhg-1，首次库仑效率高达95.3％，循环一百圈后的充电容量仍为232.3 mAhg1。1％ Ni掺杂在8 mol/L NaOH环境下充放电100圈后比容量保持率高达82.5％。研究表明不同掺杂金属材料、不同掺杂浓度、不同反应碱性条件会影响二氧化钛晶型、粒径、形貌、尺寸及分散性，进而影响材料的电化学性能。
水热法;二氧化钛;锂离子电池;光催化剂;纳米材料
黑龙江大学
硕士
物理电子学
刘书钢
2016
中文
TB383;TM912.9
72
2016-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）