多形貌銳鈦礦型介孔二氧化鈦的研究.pdf

1、多形貌多形貌銳鈦礦型銳鈦礦型介孔二氧化鈦的研究介孔二氧化鈦的研究StudyofMultipleAnataseMesopousTitania一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：朱坤磊指導(dǎo)教師：?jiǎn)沃覐?qiáng)教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年四月I摘要隨著不可再生能源的枯竭和環(huán)境問(wèn)題的惡化，開(kāi)發(fā)利用清潔可再生能源迫在眉睫。染料敏化太陽(yáng)能電池有效的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能。鋰離子二次電池有效的儲(chǔ)存電能。介孔TiO2具有孔體積大、孔徑可調(diào)、比表面積

2、高、成本低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、環(huán)境友好和電子和光學(xué)性質(zhì)優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，用作染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料，增加染料的化學(xué)吸附量，提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率；用作鋰離子電池負(fù)極材料，增加電極與電解質(zhì)的接觸面積、縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，而提高儲(chǔ)能能力。本文旨在優(yōu)化和開(kāi)創(chuàng)介孔TiO2的制備方法、制備新形貌介孔TiO2、研究介孔TiO2的形成機(jī)制及探索介孔TiO2在鋰離子二次電池和染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用。本文，以十六烷基胺為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)溶膠凝膠和溶劑熱兩步法及

3、空氣下高溫鍛燒，制備出單分散亞微米銳鈦礦型介孔球形TiO2。系統(tǒng)探索了反應(yīng)溫度和陳化時(shí)間，優(yōu)化了制備方法；介孔球形TiO2用作鋰離子電池負(fù)極材料，1C（1C=170mAg1）下，200次循環(huán)后放電比容量仍有146.4mAhg1，容量保持率為85.1%；用作染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極，獲得η=6.25%的光電轉(zhuǎn)化效率。通過(guò)對(duì)以十六烷基胺為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑、溶膠凝膠和溶劑熱兩步法制得的TiO2，在氬氣中高溫將有機(jī)物原位碳化后，制備出單分散亞微米銳鈦

4、礦型介孔球形TiO2C。采用多種測(cè)試手段表明構(gòu)成介孔球形TiO2C的基本顆粒表面包覆了一層約1.5nm厚的碳膜，碳含量為1.1wt%。用作鋰離子電池負(fù)極材料，1C和10C下，介孔球形TiO2C的放電比容量分別為~180mAhg1和110mAhg1；而介孔球形TiO2的放電比容量?jī)H分別為~170mAhg1和~97mAhg1。開(kāi)創(chuàng)了一步溶劑熱法，以十六烷基胺為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，快速、有效的制備單分散銳鈦礦型介孔球形TiO2。用作鋰離子電池負(fù)極材料

5、，1C循環(huán)50次后，單分散介孔球形TiO2仍有約150mAhg1的比容量，高于商品化25nmTiO2納米粒子110mAhg1的比容量。將方法擴(kuò)展至制備球片結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12，20C（1C=175mAg1）循環(huán)500次，比容量仍在100mAhg1以上。不加添加劑的情況下，甲醇和鈦酸丁酯在常溫、常壓下反應(yīng)得到的中間體TBM作為原位模板在空氣中水解后，通過(guò)“原位轉(zhuǎn)化機(jī)理”制備出厚度為1330nm的單顆粒層銳鈦礦型介孔片狀TiO2。用作鋰離