納米氮化鈦膜的制備及其在全釩液流電池中的應(yīng)用.pdf

1、本文通過(guò)水熱法和陽(yáng)極氧化法分別在鈦箔表面直接生長(zhǎng)納米線和納米管兩種結(jié)構(gòu)的氮化鈦膜，研究其對(duì)V(Ⅱ)/V(Ⅲ)的電催化性能，評(píng)價(jià)其作為釩電池負(fù)極材料的充放電性能。
　　首先，利用水熱反應(yīng)在鈦箔表面直接生長(zhǎng)二氧化鈦納米線(TiO2NWs)，隨后通過(guò)氨氮還原轉(zhuǎn)化為氮化鈦納米線(TiN NWs)。采用掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜、循環(huán)伏安法和電化學(xué)阻抗譜等對(duì)材料組成、微觀結(jié)構(gòu)和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行表征。結(jié)果表明，TiN NWs的

2、直徑約20～50nm，長(zhǎng)度超過(guò)5μm，其表面可能存在Ti-N、Ti-O和O-Ti-N鍵，這種含氮和含氧的化學(xué)態(tài)使得TiN NWs電極具有更好的電導(dǎo)性和電催化性能。與TiO2NWs和石墨電極相比，TiN NWs電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct值分別小約20倍和10倍。同時(shí)，TiN NWs電極上V(Ⅲ)還原反應(yīng)的速率常數(shù)為5.21×10-4cm·s-1，約是石墨電極的5倍，這可歸因于TiN NWs的一維納米線微結(jié)構(gòu)特征及其較高的電催化活性。然后，利

3、用陽(yáng)極氧化法在鈦箔表面原位生長(zhǎng)二氧化鈦納米管(TiO2NTs)，隨后通過(guò)氨氮還原轉(zhuǎn)化為氮化鈦納米管(TiN NTs)。研究表明，高溫氮化后其形貌仍保持納米管的微觀結(jié)構(gòu)，其對(duì)V(Ⅲ)還原反應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)為1.05×10-3cm2·s-1，約是石墨電極的10倍。TiN NTs電極對(duì)V(Ⅱ)/V(Ⅲ)展現(xiàn)了優(yōu)異的電催化活性和可逆性，這主要由于TiN NTs大的電化學(xué)真實(shí)表面積和快速的電子轉(zhuǎn)移通道。當(dāng)充放電的電流密度為10mA·cm-2時(shí)，TiN