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二氧化鈦納米晶體表面結構控制及其鋰離子電池性質研究

時間:2019-04-13 14:22來源:畢業論文
在鈦酸鉀納米材料(KNTWs)前驅物的輔助下合成出具有高指數{401}晶面裸露的TiO2納米晶,而且通過調控不同的實驗條件合成不同形貌的TiO2納米晶體,并對幾種不同形貌的TiO2納米晶體進

二氧化鈦納米晶體表面結構控制及其鋰離子電池性質研究摘要:在鈦酸鉀納米材料(KNTWs)前驅物的輔助下合成出具有高指數{401}晶面裸露的TiO2納米晶,而且通過調控不同的實驗條件合成不同形貌的TiO2納米晶體,并對幾種不同形貌的TiO2納米晶體進行電化學性能的測定,其結果表明通具有高指數{401}晶面裸露的細長八面體TiO2充放電容量比其它形貌的明顯要更高。34456
畢業論文關鍵詞:電化學  高指數晶面  水熱合成法   納米顆粒   二氧化鈦
 Morphology Control of Anatase TiO2 Spindly Octahedra with Exposed High-Index {401} Facets and Application in Lithium-Ion Batteries
Abstract:In Potassium titanate nanomaterials precursors of assisted synthesis (401) crystal exposed TiO2 nanocrystals , and by regulating the different experimental conditions of the synthesis of different morphology of TiO2 nanocrystals and the several different morphology of TiO2 nanocrystals to determine the electrochemical properties , the result shows that by changing the adsorbent for synthesis of three different morphology of TiO2 nanocrystals of exposed surface , thin octahedral TiO2 power and charging capacity is significantly higher than that of the other shapes .
 Keywords:electrochemistry; high-index facets; hydrothermal synthesis; nanoparticles; titanium dioxide
1 前言
材料的性能不僅與其基本化學組分和尺寸有關,而且與材料表面結構有關。特別是當材料的尺寸達到納米尺度時,材料的表面結構對其宏觀性能有著巨大的影響。鋰離子電池一直被認為是一種有吸引力的電源,由于它的高能量密度和高功率容量的性質,而被用于電子產品,移動電話,以及筆記本電腦等[1-5]。高性能的鋰離子電池的性能優越主要是體現在能量的容量優越性、循環穩定性以及倍率性能等這幾個方面的因素[6]。在電極材料方面實現突破,是一種提高電池的性能的有效方法[7-9]。近來,研究人員發現,材料表面結構在對電化學性能有著重大影響[10-12]。例如,Sun與他的合作者曾報道稱Li[Li(1/3)-(2 x/3)NixMn(2/3)-(x/3)]O2這種物質裸露其(010)面比其裸露(001)面具有更好的倍率性能[11] 。Li與其同事報道稱正八面體Co3O4的(111)面比立方體Co3O4的(001)面和被切去頂端的正八面體Co3O4的(001)面和(111)面有著更高的可逆容量和更好的倍率容量[12]。 源¥自%六:維;論-文'網=www.mmeqir.tw
   由于高指數晶面具有高度密集的原子階,不飽和鍵和扭結位等高活性的位點,因此通常表現出高的活性[13-18]。例如,我們的小組研究發現SnO2納米顆粒具有高指數{221}晶面裸露比裸露低指數的{110}面能展現出更高的氣體活性感[15]。Yang與其同事報道稱Ti0.89Si0.11O2其裸露的高指數{201}面比其裸露的{101}面具有更高的光催化活性[16]。然而,在晶體生長期間,高指數晶面具有高表面能的生長比其它具有低表面能的晶體成長速度更快。因此,合成具有高指數裸露表面的納米顆粒一直是個巨大的挑戰。在目前,典型的制備具有高指數裸露表面的納米顆粒是采用表面活性劑吸附在特殊的晶體表面上。然而,表面活性吸附劑通常能使材料的活性減弱。
TiO2一直被研究作為鋰離子電池的電極材料,因為它特定的晶體結構,便于在放電和充電過程中嵌入和脫出鋰離子[19-22]。最近,有許多報道關于銳鈦礦型TiO2粒子由于其特殊的{ 001 }晶面裸露而具有優異的儲鋰能力[23-24]。然而,報道關于銳鈦礦型TiO2粒子具有高指數晶面裸露與鋰離子電池性能之間關系卻非常少,其原因是很難合成具有高裸露指數表面的納米晶體顆粒[25]。正如我們所知,各向異性是單晶的基本特性。各種晶體面對不同吸附劑有不一樣的吸附能力,當特定的晶面吸附上特定的吸附劑時,能夠降低裸露表面的能量和阻礙相應晶體表面的生長。在本體系中,由于溶液中含有羥基離子能把鈦酸鉀材料轉化為銳鈦礦型TiO2微粒。并且我們發現反應溶液的PH值大約為11左右。在理論上,研究者們估算銳鈦礦型TiO2的(100)面表面自由能在基本條件下應比(001)面低[26]。在實驗中,研究者們還表明羥基離子會優先的吸附到銳鈦礦的(100)面從而阻止晶體沿著a和b晶軸生長[27]。因此,我們推斷羥基離子在形成細長的八面體TiO2微粒時起著很重要的作用。 二氧化鈦納米晶體表面結構控制及其鋰離子電池性質研究:http://www.mmeqir.tw/huaxue/20190413/31962.html
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