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Nano Research 2014年第12期7卷 1797-1808页

作者： Hui Xia Wen Xiong Chiew Keat Lim Qiaofeng Yao Yadong Wang Jianping Xie School of Materials Science and Engineering Nanjing University of Science and Technology Nanjing 210094 China Herbert Gleiter Institute of Nanoscience Nanjing University of Science and Technology Xiaolingwei 200 Nanjing 210094 China School of Engineering Nanyang Polytechnic 180 Ang Mo Kio Ave 8 Singapore 569830 Department of Chemical & biomolecular Engineering Faculty of Engineering National University of Singapore Singapore 117585

This paper reports a simple yet efficient method for the synthesis of hierarchical tio2-b nanowire@α-Fe2O3 nanothorn core-branch arrays based on a stepwise hydrothermal approach. The as-fabricated hybrid arrays show impressive performance as a high-capacity anode for lithium-ion batteries. The key design in this study is a core-branch hybrid architecture, which not only provides large surface active sites for lithium ion insertion/extraction, but also enables fast charge transport owing to the reduced diffusion paths for both electrons and lithium ions. The peculiar combination of attributes of tio2 （good structural stability） and Fe2O3 （large specific capacity） provides the hybrid array electrodes with several desirable electrochemical features： large reversible capacity （-800 mA.h.g^-1 for specific mass capacity and -750 μA.h-cm^-2 for specific areal＂ capacity）, good cycling stability, and high rate capability. The impressive electrochemical performance, together with the facile synthesis procedure, may provide an efficient platform to integrate the tio2 nanowire@Fe2O3 nanothorn core-branch arrays as a three-dimensional thin film electrode for lithium-ion microbatteries.

关键词： tio2-b Fe2O3 nanowire arrays hierarchicalhybrid microbatteries

tio2-b锂离子电池负极材料的制备及改性研究

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TiO2-B锂离子电池负极材料的制备及改性研究

作者：余朝阳浙江工业大学

学位级别：硕士

因具有对环境污染小、化学性质稳定、成本低廉等特点,近些年来,二氧化钛被广泛应用于光催化、锂离子电池等诸多领域。作为锂离子电池负极材料,与传统二氧化钛电极材料相比,tio2-b纳米材料因具有大的晶格通道结构和赝电容效应,具有较高... 详细信息

因具有对环境污染小、化学性质稳定、成本低廉等特点,近些年来,二氧化钛被广泛应用于光催化、锂离子电池等诸多领域。作为锂离子电池负极材料,与传统二氧化钛电极材料相比,tio2-b纳米材料因具有大的晶格通道结构和赝电容效应,具有较高的理论容量(335mA h g-1)和良好的倍率性能等特点。本文采用纳米化、复合化及离子掺杂等方式对tio2-b材料进行改性,主要结果如下：论文第三章,采用一步水热法制备出tio2-b多孔纳米材料。通过控制水热条件和煅烧温度得到结晶性较好的tio2-b多孔纳米花。研究发现,通过控制前驱体的煅烧温度,制备出结晶度不一样的tio2-b纳米材料,300℃煅烧4h得到的tio2-b纳米花结晶度比较好,锐钛矿含量低。采用恒流充放电技术研究了tio2-b纳米花的电化学性能,tio2-b纳米花拥有高的首次放电容量、高的倍率充放电能力、比较好的循环稳定性和可逆性。论文第四章,采用水热法制备出一种tio2-b纳米棒,并对其进行氮掺杂改性,所制备的tio2-b纳米棒长度约为2μm,宽度约为100nm。tio2-b纳米棒具有较好的循环稳定性(92.4%的容量保持率)和倍率性能153mAh g-1at10C)。1D结构纳米棒可以缩短Li+的传输路径,得到高的Li+扩散速率,从而导致了材料表现出较好的电化学性能。相对比纯tio2-b纳米棒材料,掺杂氮后的储锂性能反而有所下降,这可能是因为氮掺杂破坏了tio2-b原有的孔道结构。论文第五章,采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以P25和15MNaOH溶液为原料得到最终的白色tio2-b样品。GO通过水合肼还原为石墨烯,分散并加入到tio2-b纳米棒材料,超声分散后烘干研磨,制备出了tio2-b/G复合材料。tio2-b/G复合材料比纯tio2-b纳米电极材料的容量和倍率性能都有了一定的提高。tio2-b/G复合材料的容量可以保持在大约240mAh g-1(1C)当倍率高达10C时容量仍然能达到201mAhg-1这是由于石墨烯具有非常优秀的电输运性质、超大的比表面积和高电导等特点。

关键词： tio2-b 掺杂复合负极材料石墨烯锂离子电池

改性tio2-b作为可充电锂离子电池负极材料的第一性原理研究

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改性TiO2-B作为可充电锂离子电池负极材料的第一性原理研究

作者：孔令明太原理工大学

学位级别：硕士

随着高性能的可充电锂离子电池对负极材料的要求越来越高,寻找传统碳负极材料的替代品已引起了许多研究团队的兴趣。在众多可替代材料中,金属氧化物一直都是倍受研究者青睐的一类材料,其中tio-b材料因为其高的锂离子容量和特殊的嵌入式... 详细信息

随着高性能的可充电锂离子电池对负极材料的要求越来越高,寻找传统碳负极材料的替代品已引起了许多研究团队的兴趣。在众多可替代材料中,金属氧化物一直都是倍受研究者青睐的一类材料,其中tio-b材料因为其高的锂离子容量和特殊的嵌入式反应机理,被认为是高性能锂离子电池负极材料的首选。然而同其他形态的二氧化钛材料一样,tio-b差的离子/电子传导性则限制了其在实际中的应用。鉴于此,本文考虑可以通过对tio-b材料进行改性来提高其离子/电子传导性。本文通过采用多元胞组合法对tio-b及其改性材料进行第一性原理研究,从原子水平上探索了锂离子的嵌入和迁移特性以及材料的电子结构,分析了改性前后材料离子/电子传导性变化的原因。具体的分析过程和计算结果论述如下:第一章,对可充电锂离子电池的主要结构和工作过程进行了详细的介绍,对现有的几种研究最广泛的正负极材料的主要性能参数,优缺点进行了分析,并阐述了选题的主要意义。第二章,简单介绍了在VASP软件包中进行计算研究所涉及的一些基本模型,包括超晶胞模型和平板模型,以及一些计算的方法,包括密度泛函理论和过渡态理论。对计算所涉及的一些参数,如截断能、收敛标准、k点网格和(U-J)值,进行了检测以达到计算要求的标准。最后对文中所涉及到的一些分析方法做出了定义,如能垒、态密度、巴德电荷和嵌入电压的计算。第三章,运用ms建模软件,构建出纯tio-b计算模型。在此基础上,具体完成以下工作:1.计算研究晶格体系内的稳定嵌入位点,比较可知在低锂离子浓度下,c位点是最稳定的嵌入位点,有着1.29v嵌入电压;2.运用ci-neb方法,计算锂离子沿着三个扩散方向的迁移过程,分析计算结果可知,沿着b轴方向的扩散过程是最有利于锂离子的迁移过程,其能垒为0.51ev;3.计算高锂离子浓度下的嵌入电压,得出其在高浓度下的电压平台在0.72.94v之间;4.计算并画出tio-b的态密度(dos)图,分析可知,tio-b是典型的半导体材料,禁带宽为3.0ev,ti-3d主要贡献导带,而o-2p主要贡献价带。第四章,在纯tio-b模型的基础上构建出氧缺陷tio-b模型。具体完成以下工作:1.对氧缺陷产生的位置进行研究,计算得出o3f(1)和o4f为最易发生氧空穴的位置;2.对嵌入位点和扩散路径能垒进行计算,研究得出在低浓度下缺陷模型中c位点仍然是最稳定的嵌入位点,缺陷模型在b轴方向的扩散能垒降低到0.39.49ev之间;3.计算高浓度情况下的嵌入电压,研究得出高浓度下的缺陷模型(2)的电压平台在0.69.89v之间;4.对缺陷模型的态密度进行计算,态密度图表明禁带宽在缺陷模型中明显减小,都小于2ev,研究表明ti-ov-3d是禁带宽变窄的主要贡献者。第五章,在纯tio-b模型中引入共掺杂原子构建出钝化共掺杂tio-b模型。具体完成如下工作:1.确定n+v和c+cr共掺杂的位置,构建计算模型;2.对嵌入位点和扩散路径能垒进行计算,得出在低浓度下共掺杂模型中c位点仍然是最稳定的嵌入位点,在b轴方向的扩散能垒分别为0.47和0.42 eV;3.计算高浓度下的嵌入电压,分析得出N+V共掺杂有着0.83.97 V的电压平台,相比较与C+Cr的1.05.27 V的电压平台,更适合应用于锂离子电池的负极材料;4.对两种共掺杂的态密度进行计算,得出的禁带宽分别为1.7和1.4 eV,分析研究表明N和C主要修饰了价带结构,而V和Cr主要修饰导带结构。第六章,计算和讨论了锂离子在tio-b的三个低指数晶面的表面-体相传递过程。计算表明,[100]晶面不适合锂离子的表面-体相传递过程,而[001]和[110]晶面由于表面有着开放的c轴和b轴孔道,是锂离子表面-体相传递的主要渠道。迁移过程研究表明,能垒主要发生在表面到体相的第一层扩散过程中。最后,在结论与建议中对所有计算结果进行了总结,并对未来的计算研究确定了三个方向,即高浓度锂离子扩散的研究,tio-b晶面表面修饰的研究以及对适合于tio-b负极材料的锂离子电池正极材料的研究。

关键词： U值校正的密度泛函方法 tio2-b 氧空穴钝化共掺杂嵌入电压迁移能垒禁带宽度

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纳米tio2-b的制备及其光学性质的研究

纳米TiO2-B的制备及其光学性质的研究

作者：黄传喜安徽大学

学位级别：硕士

Ti02-b是一种新型的宽禁带间接带隙半导体。它的结构不同于三种常见的Ti02结构(金红石、板钛矿和锐钛矿),它是由共边相连的两个TO6等八面体通过顶点和与之相同的两个八面体相接而形成的层状结构沿着某一方向在空间堆积而成单斜晶系结构... 详细信息

Ti02-b是一种新型的宽禁带间接带隙半导体。它的结构不同于三种常见的Ti02结构(金红石、板钛矿和锐钛矿),它是由共边相连的两个TO6等八面体通过顶点和与之相同的两个八面体相接而形成的层状结构沿着某一方向在空间堆积而成单斜晶系结构,其晶格参数为：a=1.21787nm,b=0.37412nm,c=0.65249nm,β=107.054°,密度为***-3,相对于其他三种常见结构较低。Ti02-b是一种亚稳态相,易转化为锐钛矿相或金红石相。由于其独特的结构,Ti02-b在净化环境、光催化、半导体器件、锂电池电极、太阳能电池和气敏传感器等领域具有广泛的潜在应用前景。本文研究了Ti02-b几种纳米形貌的水热法制备,包括多孔纳米颗粒、纳米管、纳米棒。对各种形貌的形成与转变机制进行了简单的讨论与分析。同时研究了Ti02-b纳米纤维的光致发光以及光催化降解有机物甲基橙的性能,并对影响它们光学特性的因素进行了探讨和分析。本论文主要内容共分为六章,就每章节主要内容概括如下：第一章,概述了纳米材料的定义以及发展,同时简要地介绍了纳米材料共有的物理与化学特性。通过对纳米半导体材料Ti02的重要性的分析,引出了本论文重点研究的对象Ti02-b,并对要研究的Ti02-b的晶体结构,性质以及主要应用领域做了简单的介绍。给出了本课题研究的主要内容,并对此研究的必要性做了分析。第二章,就目前所报道的各种形貌的Ti02-b纳米纤维的几种制备方法给予了详细介绍。重点介绍了制备纳米Ti02-b常见方法,并对这些制备方法的优缺点进行了纵向横向的比较。给出了水热法制备Ti02-b的优点。同时对于纳米材料的常用表征方法进行了介绍。第三章,用水热法成功制备了单斜Ti02-b与锐钛矿Ti02的双晶纳米管,并对样品结构、成分、形貌等进行了XRD、TEM与EDS表征与分析。研究了双晶相纳米管在紫外光照射下催化有机物甲基橙的性能,发现含锐钛矿的Ti02-b的纳米管的催化活性分别是单相锐钛矿纳米管和P25的1.31与1.57倍,其原因是其较高的比表面积和较大的相界面积。第四章,探究了水热温度和退火温度对Ti02-b纳米棒的结晶度和热稳定性的影响,发现经水热温度180℃,反应时间为72h后得到的样品,在400℃退火4h后的Ti02-b纳米棒的结晶度和热稳定性较好。同时研究了Ti02-b纳米棒的发光强度与激光源功率和氧空位的关系,研究发现由于受“桥接”氧空位和“面内”氧空位的影响,其发光强度激光源功率的增大而增强。第五章,以LiOH和NaOH溶液为前驱物,通过水热法制备了多孔Ti02-b纳米颗粒,并对其进行了表征。发现所制备的多孔Ti02-b纳米颗粒为多晶结构,对于每一个单晶颗粒来说其晶格条纹清晰,结晶较好。对多孔的形成与转变机制,即“V-型”机制进行简要分析,得出退火温度与缺陷对多孔的形成与消失有重要影响。第六章,总结了本论文的取得主要成果,给出了论文结论,并对后续工作进行了合理的安排与展望。

关键词：纳米 tio2-b 微观机制光致发光光催化

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tio2-b纳米线的水热合成及表征

TiO2-B纳米线的水热合成及表征

tio2-b电子传输层组装钙钛矿太阳能电池的光电性能

中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会

作者：王红康顾锋邵玮张玲李春忠华东理工大学材料科学与工程学院超细材料制备与应用教育部重点实验室

采用改进的水热法合成了tio-b纳米线,考察了水热反应时间对纳米线形貌、晶相的影响,并通过XRD、TG、SEM、FT-IR和UV-vis吸收等手段对所制备纳米二氧化钛样品进行了表征.结果表明:水热反应时间对纳米线的晶相、结构具有很大的影响.当180... 详细信息

采用改进的水热法合成了tio-b纳米线,考察了水热反应时间对纳米线形貌、晶相的影响,并通过XRD、TG、SEM、FT-IR和UV-vis吸收等手段对所制备纳米二氧化钛样品进行了表征.结果表明:水热反应时间对纳米线的晶相、结构具有很大的影响.当180℃下反应时间达168h时,可得到纯tio-b纳米线.由于tio-b纳米线具有优异的电子传输性能,有望应用于染料敏化二氧化钛太阳能电池(DSSCs).

关键词： tio2-b 纳米线水热合成晶相组成

来源： cnki会议评论

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TiO2-B电子传输层组装钙钛矿太阳能电池的光电性能

Synthesis and electrochemical performance of tio_2-b as anode material

第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：谢锋炎毛海娟魏明灯福州大学新能源材料研究所

钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)以其高效率、低成本和易组装等优点,得到了诸多科研工作者的高度关注。2009年至今,钙钛矿太阳能电池的相关研究取得了长足的发展,效率从最初的3.8%提升到如今的24.2%。电子传输层是钙钛... 详细信息

钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)以其高效率、低成本和易组装等优点,得到了诸多科研工作者的高度关注。2009年至今,钙钛矿太阳能电池的相关研究取得了长足的发展,效率从最初的3.8%提升到如今的24.2%。电子传输层是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,在传输电子并阻挡空穴以及在抑制光生载流子复合方面都起到至关重要的作用。本工作首次将tio-b纳米粒子作为电子传输材料引入到PSCs中,并探究了不同旋涂速度下制备得到的介孔层对钙钛矿成膜及器件光电性能的影响。研究表明,当转速为2000rpm时,可获得较为平整均一的介孔层,有助于得到高质量的钙钛矿晶体,有效地提高了光吸收效率。进一步,探究了tio-b介孔层的能带结构与钙钛矿层能带位的匹配及其对器件性能的影响。研究发现,tio-b电子传输层的导带位(-4.66 eV)明显低于锐钛矿相的导带位(-4.21 eV),可以促进电子快速传输和抑制电荷复合(图1)。基于对器件的制备条件优化,获得最高效率为18.83%的PSC。

关键词：钙钛矿太阳能电池电子传输层 tio2-b 光电性能

来源： cnki会议评论

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Journal of Central South University 2011年第2期18卷 406-410页

作者：王新宇谢科予李劼赖延清张治安刘业翔 School of Metallurgical Science and Engineering Central South University

tio2-b was synthesized by solid-state reaction. The structures, surface morphologies and electrochemical performances of tio2-b were characterized by X-ray diffractometry （XRD）, scanning electron microscopy （SEM） and electrochemical measurement, respectively. The effects of calcining temperature, molar ratio of K2O to tio2 and calcining time on the characteristics of tio2-b were investigated. The results show that the calcining time exerts a significant influence on the electrochemical performances of tio2-b. The tio2-b is obtained with good crystal structure and suitable size by using K2Ti4O9, which is prepared at 950 ℃for 24 h under the condition of x（K2O）/x（tio2）=1：3.5. The tio2-b delivers all initial discharge capacity of 231.6 mA.h/g. And the rate caoacitv is 73.2 mA-h/g at 1 675 mA/g, which suggests that tio2-b is a promising anode material for the lithium ion batteries.

关键词： lithium ion battery tio2-b solid state method anode material

温度对tio_2-b纳米纤维的结晶度和稳定性的影响

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人工晶体学报 2012年第2期41卷 342-347页

作者：黄传喜朱克荣庄永龙金绍维蒋忠瑜安徽大学物理与材料科学学院合肥230039 安徽大学现代实验技术中心合肥230039

本文以锐钛矿相二氧化钛纳米颗粒和NaOH溶液为前驱物,通过水热反应和退火处理制备了tio2-b纳米纤维。用XRD、HRTEM和EDS对样品的结构、形貌及其演化进行了表征。讨论了水热反应温度和退火温度对tio2-b纳米纤维的结晶度、形貌和热稳定性... 详细信息

本文以锐钛矿相二氧化钛纳米颗粒和NaOH溶液为前驱物,通过水热反应和退火处理制备了tio2-b纳米纤维。用XRD、HRTEM和EDS对样品的结构、形貌及其演化进行了表征。讨论了水热反应温度和退火温度对tio2-b纳米纤维的结晶度、形貌和热稳定性的影响。结果表明:在160℃、180℃和200℃温度下水热反应,分别得到H2Ti4O9、H2Ti3O7和H2Ti4O9与H2Ti3O7混合的纳米纤维,400℃退火后,无论是H2Ti4O9还是H2Ti3O7纳米纤维都转化为tio2-b纳米纤维,但从180℃水热反应得到的H2Ti3O7纳米纤维转化的tio2-b纳米纤维具有较高结晶度和热稳定性。

关键词： tio2-b 纳米纤维结晶度热稳定性

氧缺陷tio_2-b作为可充电锂离子电池负极材料的第一性原理研究(英文)

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物理化学学报 2016年第3期32卷 656-664页

作者：孔令明祝宝林庞先勇王贵昌太原理工大学化学化工学院太原030024 南开大学化学系先进能源材料教育部重点实验室天津300071 中国科学院煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室太原030001

利用对氧缺陷的tio_2-b材料进行密度泛函理论的计算,阐述了氧空穴对于tio_2-b材料的电化学性质的影响。计算研究主要聚焦于缺陷材料的锂离子迁移和电子导电性等基本问题。计算结果表明在低锂离子浓度下(x(Li/Ti)≤0.25),相比于无缺陷的T... 详细信息

利用对氧缺陷的tio_2-b材料进行密度泛函理论的计算,阐述了氧空穴对于tio_2-b材料的电化学性质的影响。计算研究主要聚焦于缺陷材料的锂离子迁移和电子导电性等基本问题。计算结果表明在低锂离子浓度下(x(Li/Ti)≤0.25),相比于无缺陷的tio_2-b,氧缺陷tio_2-b有着更高的插入电压和更低的b轴方向迁移活化能,意味着锂离子的嵌入也更容易,这对于可充电电池的充电过程是有利的。而在高浓度下(x(Li/Ti)=1),锂饱和的氧缺陷tio_2-b相较于无缺陷的tio_2-b有着较低的插入电压,更有利于锂离子的脱嵌过程,这对于可充电电池的放电过程也是有利的。电子结构计算表明缺陷材料的禁带宽度在1.0-2.0 e V之间,低于无缺陷的材料的3.0 e V。主要态密度贡献者是Ti-Ov-3d,并且随着氧空穴的增加它的强度也变得更强。这就表明氧缺陷tio_2-b有更好的电子导电性。

关键词： tio2-b 氧空穴插入电压迁移活化能禁带宽

甲醛分子在羟基化tio_2-b(100)面吸附的第一性原理研究

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计算物理 2019年第3期36卷 363-378页

作者：刘华忠罗春霞黄冈师范学院湖北黄冈438000 武汉东湖学院基础课部湖北武汉430212

利用第一性原理研究tio_2-b表面上甲醛分子(HCHO)与氧桥位羟基(bH)、钛顶位羟基(TH)共吸附时羟基基团对HCHO分子吸附的影响.结果表明:这两种羟基的存在对HCHO在清洁和羟化表面形成多种化学吸附构型产生不同影响.与HCHO分子共吸附时,氧... 详细信息

利用第一性原理研究tio_2-b表面上甲醛分子(HCHO)与氧桥位羟基(bH)、钛顶位羟基(TH)共吸附时羟基基团对HCHO分子吸附的影响.结果表明:这两种羟基的存在对HCHO在清洁和羟化表面形成多种化学吸附构型产生不同影响.与HCHO分子共吸附时,氧桥位羟基弱化HCHO的吸附;而钛顶位羟基强化HCHO的吸附,且在不同面积超胞上均能显著强化其吸附.利用电子结构分析不同吸附的内在机制,为理解HCHO分子与tio_2基材料表面的相互作用提供新的视角.

关键词：第一性原理甲醛羟基 tio2-b