石墨烯雜化的TiO2和Li4Ti5O12納米材料的可控制備、結構調控及性能研究.pdf

1、TiO2和Li4Ti5O12是兩種非常重要的鈦基化合物。TiO2具有良好的化學穩(wěn)定性、無毒、廉價易得，具有優(yōu)異的光催化活性，在光催化領域具有廣泛的應用。而Li4Ti5O12作為另一種重要的鈦基化合物，具有優(yōu)異的電化學特性，如較高的循環(huán)穩(wěn)定性、充放電體積變化小等，因而常常被用作鋰離子電池的負極材料。
　　本文以含氮和含氟的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體為刻蝕劑，采用簡單水熱合成方法，首先制備了N原子摻雜、暴露高能晶面的Ti

2、O2/石墨烯雜化納米催化劑，通過N摻雜和高能晶面的調控，提高了TiO2對可見光的響應程度和利用率，實現(xiàn)了TiO2可見光下催化降解有機染料的優(yōu)異催化性能，拓展了TiO2納米催化劑在可見光催化領域的應用。在此基礎上，以TiO2/石墨烯為前驅物，通過在含鋰溶液中進行水熱處理，得到了Li4Ti5O12/石墨烯雜化納米電極材料，該材料保留了TiO2/石墨烯的粒徑小、N摻雜和石墨烯雜化的特性，具有放電平臺寬，容量大，循環(huán)性能好等特點，電化學性質優(yōu)異

3、，在鋰離子電池領域具有重要的應用價值。
　　本文第一章為緒論，主要綜述了TiO2和Li4Ti5O12材料的結構、合成、性能和應用等的最新研究進展，重點綜述了二者在光催化和鋰離子電池領域的應用，進而提出論文的選題依據、研究思路與研究內容。
　　本文第二章以鈦酸四丁酯(TBOT)作為鈦前驅體，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體為晶面控制劑，采用水熱刻蝕法，設計制備了N摻雜、暴露高能晶面的TiO2/石墨烯(N-TiO2/N-

4、rGO)雜化納米催化材料。通過XRD、SEM、TEM、FT-IR、UV-Vis DRS、PL等表征手段，系統(tǒng)研究了所得N-TiO2/N-rGO納米催化材料的結構、尺寸、形貌和理化性能。表征結果表明，我們制備的N-TiO2/N-rGO納米催化劑具有負載均勻、粒徑較小、暴露高能晶面、禁帶寬度小、電子-空穴分離效率高、可見光響應強的特點。以有機染料光催化降解為模型反應，系統(tǒng)評價了N-TiO2/N-rGO納米催化材料的光催化性能，結合自由基捕獲

5、實驗和瞬態(tài)光電壓測試探究了N-TiO2/N-rGO納米催化材料的催化性能增強機理。研究結果表明， N-TiO2/N-rGO納米催化材料具有優(yōu)異的可見光催化性能，較市售商用P25光催化劑提高了10倍以上，這是由于石墨烯雜化可提高電子轉移速率，增加電子空穴分離率，且TiO2高能晶面的暴露和N摻雜可有效調控其能帶結構，從而極大地增強其光催化性能。
　　本文第三章以前文中制備的N-TiO2/N-rGO為前驅物，通過在LiOH溶液中進行水熱

6、處理后再進行煅燒，設計合成了N摻雜的Li4Ti5O12/石墨烯(N-LTO/N-rGO)雜化納米材料，并利用XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段對其相結構、尺寸、形貌和表面特性進行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，在Ti:Li摩爾比為1∶3時，所得N-LTO/N-rGO雜化納米材料呈現(xiàn)二維層狀結構，且實現(xiàn)了N元素的摻雜。并組裝了鋰離子半電池，對其進行了電池性能測試、CV測試和EIS測試。研究結果表明，N-LTO/N-rGO具備優(yōu)異的電子轉移能力