TiO<sub>2</sub>纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展

物理化学学报 >> 2017,Vol.33>> Issue(10)>> 1944-1959 doi: 10.3866/PKU.WHXB201705177 English Abstract

综述

Previous Articles Next Articles

TiO₂纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展

余翠平¹, 王岩¹, 崔接武¹, 刘家琴^2,3, 吴玉程^1,2
1 合肥工业大学材料科学与工程学院, 合肥 230009;
2 先进功能材料与器件安徽省重点实验室, 合肥 230009;
3 合肥工业大学工业与装备技术研究院, 合肥 230009

摘要
参考文献
相关文章

Full text: PDF (3608KB) HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS)

阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列因其简单的制备方法、可控的形貌以及环境友好等优点而成为超级电容器领域重点研究的电极材料之一。本文介绍了TiO₂纳米管的多重改性方法，包括引入氧空位、金属或非金属修饰或掺杂、金属化合物（氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物）以及导电聚合物修饰等，以进一步提高TiO₂纳米管的电化学性能。介绍了近年来阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列在超级电容器中应用的研究进展，为进一步拓展TiO₂纳米管阵列的实际应用提供参考。

关键词：阳极氧化 TiO₂纳米管阵列多重改性超级电容器电化学性能
收稿日期 2017-04-03 修回日期 2017-04-26 网出版日期 2017-05-17
通讯作者: 王岩, 吴玉程 Email: stone@hfut.edu.cn;ycwu@hfut.edu.cn

基金资助: 国家自然科学基金（51302060，51402081，51402078），高等学校博士学科点专项科研基金（20130111120019），安徽省自然科学基金（1708085ME100）和中央高校基本科研业务费专项资金资助（JZ2017HGTB0203，JZ2016HGTB0719）资助项目

引用文本: 余翠平, 王岩, 崔接武, 刘家琴, 吴玉程. TiO₂纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展[J]. 物理化学学报, 2017,33(10): 1944-1959.
YU Cui-Ping, WANG Yan, CUI Jie-Wu, LIU Jia-Qin, WU Yu-Cheng. Recent Advances in the Multi-Modification of TiO₂ Nanotube Arrays and Their Application in Supercapacitors[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(10): 1944-1959. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705177

Service

本文作者相关文章

(1) Wu, L.; Hao, L.; Pang, B.; Wang, G.; Zhang, Y.; Li, X. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 4629. doi: 10.1039/c6ta10757e
(2) Mai, L. Q.; Yang, F.; Zhao, Y. L.; Xu, X.; Xu, L.; Luo, Y. Z. Nat. Commun. 2011, 2, 381. doi: 10.1038/ncomms1387
(3) Li, B.; Dai, F.; Xiao, Q.; Yang, L.; Shen, J.; Zhang, C.; Cai, M. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 102. doi: 10.1039/c5ee03149d
(4) Zhu, J.; Childress, A. S.; Karakaya, M.; Dandeliya, S.; Srivastava, A.; Lin, Y.; Rao, A. M.; Podila, R. Adv. Mater. 2016, 28, 7185. doi: 10.1002/adma.201602028
(5) Wang, Y. Controllable Synthesis of TiO₂ Nanotube Arrays and TheirGas Sensing Properties. Ph. D. Dissertation, Hefei University ofTechnology, Hefei, 2012. [王岩. TiO₂纳米管阵列的可控制备及气敏性能研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2012.]
(6) Yuan, B. Controllable Preparation and Modification of TiO₂ Nanotube Arrays. M. S. Dissertation, Hefei University ofTechnology, Hefei, 2013. [袁宝. TiO₂纳米管阵列可控制备及其改性研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2013.]
(7) Bian, H. D. Homogenerous Ag Nanoparticles Decorated TiO₂ Nanotube Arrays and Their Photoelectrochemical Properties. M. S.Dissertation, Hefei University of Technology, Hefei, 2013. [卞海东.Ag纳米颗粒负载TiO₂纳米管阵列及其光电性能[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2013.]
(8) Mor, G. K.; Varghese, O. K.; Paulose, M.; Shankar, K.; Grimes, C. A. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2006, 90, 2011. doi: 10.1016/j.solmat.2006.04.007
(9) Veal, B. W.; Kim, S. K.; Zapol, P.; Iddir, H.; Baldo, P. M.; Eastman, J. A. Nat. Commun. 2016, 7, 11892. doi: 10.1038/ncomms11892
(10) Kelly, L. L.; Racke, D. A.; Schulz, P.; Li, H.; Winget, P.; Kim, H.; Ndione, P.; Sigdel, A. K.; Bredas, J. L.; Berry, J. J.; Graham, S.; Monti, O. L. A. J. Phys.: Condens. Matter 2016, 28, 094007. doi:10.1088/0953-8984/28/9/094007
(11) Lu, X; Wang, G; Zhai, T; Yu, M; Gan, J; Tong, Y; Li, Y. Nano Lett. 2012, 12, 1690. doi: 10.1021/nl300173j
(12) Zhu, S.; Zhang, P.; Chang, L.; Zhong, Y.; Wang, K.; Shao, H.; Wang, J.; Zhang, J.; Cao, C. N. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 8529. doi: 10.1039/c6cp00372a
(13) Li, Z.；Ding, Y.; Kang, W.; Li, C.; Lin, D.; Wang, X.; Chen, Z.; Wu, M.; Pan, D. Electrochim. Acta 2014, 161, 40. doi: 10.1016/jelectacta2014.12.132
(14) Wu, H.; Li, D.; Zhu; X.; Yang; C.; Liu; D.; Chen, X.; Song; Y.; Lu, L. Electrochim. Acta 2014, 116, 129. doi: 10.1016/j.electacta.2013.10.092
(15) Zhou, H; Zhang, Y. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 5626. doi: 10.1021/jp4082883
(16) Kim, C.; Kim, S.; Hong, S. P.; Lee, J.; Yoon, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 14370. doi: 10.1039/c6cp01799a
(17) Li, Z. Q.; Hu, R; Guo, J; Ru, L, Y.; Wang, H. H. Mater. Sci. Tech. 2012, 20, 80. [李泽全, 胡蓉, 郭晶, 茹黎月, 王海华. 材料科学与工艺, 2012, 20, 80.] doi: 10.11951/j.i ssn.1005-0299.20120 215
(18) Salari, M.; Konstantinov, K.; Liu, H. K. J. Mater. Chem. 2011, 21, 5128. doi: 10.1039/c0jm04085a
(19) Salari, M.; Aboutalebi, S. H.; Chidembo, A. T.; Konstantinov, K.; Liu, H. K. J. Alloy. Compd. 2014, 586, 197. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.10.041
(20) Pei, Z.; Zhu, M.; Huang, Y.; Huang, Y.; Xue, Q.; Geng, H.; Zhi, C. Nano Energy 2016, 20, 254. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.12.025
(21) Wu, H.; Xu, C.; Xu, J.; Lu, L.; Fan, Z.; Chen, X.; Song, Y.; Li, D. Nanotechnology 2013, 24, 455401. doi: 10.1088/0957-4484/24/45/455401
(22) Zhang, J.; Wang, Y.; Wu, J.; Shu, X.; Yu, C.; Cui, J.; Qin, Y.; Zhang, Y.; Ajayan, P. M.; Wu, Y. Chem. Eng. J. 2017, 313, 1071. doi: 10.1016/j.cej.2016.11.004
(23) Liu, F. L.; Xiao, P; Zhou, M; Hu, Y. Q.; He, H. C.; Zhang, Y. H. Chin. J. Inorg. Chem. 2012, 28, 861. [刘非拉, 肖鹏, 周明, 胡业琴, 何辉超, 张云怀. 无机化学学报, 2012, 28, 861.]doi: 10.16085/j.issn.1000-6613.2015.05.02 2
(24) Mohamed, A. E. R.; Rohani, S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1065. doi: 10.1039/c0ee00488j
(25) Sun, L.; Li, J.; Wang, C. L.; Li, S. F.; Chen, H. B.; Lin, C. J. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009, 93, 1875. doi: 10.1016/j.solmat.2009.07.001
(26) Zhong, W.; Sang, S.; Liu, Y.; Wu, Q.; Liu, K.; Liu, H. J. Power Sources 2015, 294, 216. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.06.052
(27) Gao, B.; Huang, C.; Li, Q.; Wu, K.; Zhang, X.; Huo, K. Materials China 2016, 35, 552. [高标, 黄超, 李庆伟, 吴凯, 张旭明, 霍开富. 中国材料进展, 2016, 35, 552. ]doi: 10.7502/j.issn.1674-3962.2016.07.10
(28) Dong, S.; Chen, X.; Gu, L.; Zhou, X.; Li, L.; Liu, Z.; Han, P.; Xu, H.; Yao, J.; Wang, H.; Zhang, X.; Shang, C.; Cui, G.; Chen, L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3502. doi: 10.1039/c1ee01399h
(29) Xie, Y.; Fang, X. Electrochim. Acta 2014, 120, 273. doi: 10.1016/j.electacta.2013.12.103
(30) Ozkan, S.; Nguyen, N. T.; Hwang, I.; Mazare, A.; Schmuki, P. Small 2017, 1603821. doi: 10.1002/smll.201603821
(31) Nguyen, N. T.; Ozkan, S.; Hwang, I.; Zhou, X.; Schmuki, P. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 1895. doi: 10.1039/c6ta10179h
(32) Jana, M.; Saha, S.; Samanta, P.; Murmu, N. C.; Kim, N. H.; Kuila, T.; Lee, J. H. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 2188. doi: 10.1039/c5ta10297a
(33) Zhao, W.; Wang, S.; Wang, C.; Wu, S.; Xu, W.; Zou, M.; Ouyang, A.; Cao, A.; Li, Y. Nanoscale 2016, 8, 626. doi: 10.1039/c5nr05978j
(34) Zhu, C.; Liu, T.; Qian, F.; Han, T. Y. J.; Duoss, E. B.; Kuntz, J. D.; Spadaccini, C. M.; Worsley, M. A.; Li, Y. Nano Lett. 2016, 16, 3448. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04965
(35) Gao, Z.; Cui, Z.; Zhu, S.; Liang, Y.; Li, Z.; Yang, X. J. Power Sources 2015, 283, 397. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.02.080
(36) Gobal, F.; Faraji, M. Ionics 2015, 21, 525. doi: 10.1007/s11581-014-1177-1
(37) Gao, Biao; Li, X.; Ma, Y.; Cao, Y.; Hu, Z.; Zhang, X.; Fu, J.; Huo, K.; Chu, P. K. Thin Solid Films 2015, 584, 61. doi: 10.1016/j.tsf.2014.09.071
(38) Di, J.; Fu, X.; Zheng, H.; Jia, Y. J. Nanopart. Res. 2015, 17, doi: 10.1007/s11051-015-3060-z
(39) Zheng, L.; Wang, C.; Dong, Y.; Bian, H.; Hung, T. F.; Lu, J.; Li, Y. Appl. Surf. Sci. 2016, 362, 399. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.11.172
(40) Song, Y. Y.; Li, Y. H.; Guo, J.; Gao, Z. D.; Li, Y. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 23754. doi: 10.1039/c5ta05691h
(41) Gao, Z. D.; Zhu, X.; Li, Y. H.; Zhou, X.; Song, Y. Y.; Schmuki, P. Chem. Commun. 2015, 51, 7614. doi: 10.1039/c5cc00728c
(42) Yu, C.; Wang, Y; Zheng, H.; Zhang, J.; Yang, W.; Shu, X.; Qin, Y.; Cui, J.; Zhang, Y.; Wu, Y. J. Solid State Electrochem. 2017, 21, 1069. doi: 10.1007/s10008-016-3441-y
(43) Xie, Y.; Zhou, L.; Huang, C.; Huang, H.; Lu, J. Electrochim. Acta 2008, 53, 3643. doi: 10.1016/j.electacta.2007.12.037
(44) Zhou, H.; Zhang, Y. J. Power Sources 2014, 272, 866. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.09.030
(45) Huang, Y. G.; Zhang, X. H.; Chen, X. B.; Wang, H. Q.; Chen, J. R.; Zhong, X. X.; Li, Q. Y. Int. J. Hydrogen Energy 2015, 40, 14331. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.05.014
(46) Liu, X. Y.; Gao, Y. Q.; Yang, G. W. Nanoscale 2016, 8, 4227. doi: 10.1039/c5nr09145d
(47) Liu, M.; Wang, X.; Zhu, D.; Li, L.; Duan, H.; Xu, Z.; Wang, Z.; Gan, L. Chem. Eng. J. 2017, 308, 240. doi: 10.1016/j.cej.2016.09.061
(48) Qin, Y.; Zhang, J.; Wang, Y.; Shu, X.; Yu, C.; Cui, J.; Zheng, H.; Zhang, Y.; Wu, Y. RSC Adv. 2016, 6, 47669. doi: 10.1039/c6ra08891k
(49) Zhou, X.; Chen, Q.; Wang, A.; Xu, J.; Wu, S.; Shen, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 3776. doi: 10.1021/acsami.5b10196
(50) Gao, Z.; Yang, W.; Wang, J.; Song, N.; Li, X. Nano Energy 2015, 13, 306. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.02.036
(51) Yu, D.; Wu, B.; Ge, L.; Wu, L.; Wang, H.; Xu, T. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 10878. doi: 10.1039/c6ta04286d
(52) Singh, A. K.; Sarkar, D.; Karmakar, K.; Mandal, K.; Khan, G. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20786. doi: 10.1021/acsami.6b05933
(53) Zhou, H.; Zou, X.; Zhang, Y. Electrochim. Acta 2016, 192, 259. doi:10.1016/j.electacta.2016.01.182
(54) Wang, Z.; Wang, Y.; Shu, X.; Yu, C.; Zhang, J.; Cui, J.; Qin, Y.; Zheng, H.; Zhang, Y.; Wu, Y. RSC Adv. 2016, 6, 63642. doi: 10.1039/c6ra13628a
(55) Zhang, J.; Wang, Y.; Qin, Y.; Yu, C.; Cui, L.; Shu, X.; Cui, J.; Zheng, H.; Zhang, Y.; Wu, Y. J. Solid State Chem. 2017, 246, 269. doi: 10.1016/j.jssc.2016.11.021
(56) Xu, J.; Liu, J. Q.; Li, J. W.; Wang, Y.; Lü, J.; Wu, Y. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2545. [徐娟, 刘家琴, 李靖巍, 王岩, 吕珺, 吴玉程. 物理化学学报, 2016, 32, 2545.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201606161
(57) Guan, D.; Gao, X.; Li, J.; Yuan, C. Appl. Surf. Sci. 2014, 300, 165. doi: 10.1016/j.apsusc.2014.02.029
(58) Cui, L. H.; Wang, Y.; Shu, X.; Zhang, J. F.; Yu, C. P.; Cui, J. W.; Zheng, H. M.; Zhang, Y.; Wu, Y. C. RSC Adv. 2016, 6, 12185. doi: 10.1039/c5ra25581c
(59) Yang, F.; Yao, J.; Liu, F.; He, H.; Zhou, M.; Xiao, P.; Zhang, Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 594. doi: 10.1039/c2ta00055e
(60) Wu, H. B.; Pang, H.; Lou, X. W. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3619. doi: 10.1039/c3ee42101e
(61) Yu, C.; Wang, Y.; Zhang, J.; Shu, X.; Cui, J.; Qin, Y.; Zheng, H.; Liu, J.; Zhang, Y.; Wu, Y. New J. Chem. 2016, 40, 6881. doi: 10.1039/c6nj00359a
(62) Sarkar, A.; Singh. A. K.; Sarkar. D.; Khan G. G.; Kalyan. M. ACS Sustainable Chem. Eng. 2015, 3, 2254. doi: 10.1021/acssuschemeng.5b00519
(63) Ghicov, A.; Aldabergenova, S.; Tsuchyia, H.; Schmuki, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 6993. doi: 10.1002/anie.200601957
(64) Kim, J. H.; Zhu, K.; Yan, Y.; Perkins, C. L.; Frank, A. J. Nano Lett. 2010, 10, 4099. doi: 10.1021/nl102203s
(65) Yang, Y.; Kim, D.; Yang, M.; Schmuki, P. Chem. Commun. 2011, 47, 7746. doi: 10.1039/c1cc11811k
(66) Ning, X.; Wang, X.; Yu, X.; Zhao, J.; Wang, M.; Li, H.; Yang, Y. Sci. Rep. 2016, 6, 22634. doi: 10.1038/srep22634
(67) Ning, X.; Wang, X.; Yu, X.; Li, J.; Zhao, J. J. Alloy. Compd. 2016, 658, 177. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.10.204
(68) Nguyen, T.; Boudard, M.; Carmezim, M. J.; Montemor, M. F. Sci. Rep. 2017, 7, 39980. doi: 10.1038/srep39980
(69) Ye, L.; Zhao, L.; Zhang, H.; Zan, P.; Gen, S.; Shi, W.; Han, B.; Sun, H.; Yang, X.; Xu, T. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 1603. doi: 10.1039/c6ta09547j
(70) Xiong, G.; He, P.; Wang, D.; Zhang, Q.; Chen, T.; Fisher, T. S. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 5460. doi: 10.1002/adfm.201600879
(71) Shang, C.; Dong, S.; Wang, S.; Xiao, D.; Han P.; Wang X.; Gu L.; Cui, G. ACS Nano 2013, 7, 5430. doi: 10.1021/nn401402a
(72) Lu, F.; Zhou, M.; Li, W.; Weng, Q.; Li, C.; Xue, Y.; Jiang, X.; Zeng, X.; Bando, Y.; Golberg, D. Nano Energy 2016, 26, 313. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.05.042
(73) Yang, J.; Yu, C.; Fan, X.; Liang, S.; Li, S.; Huang, H.; Ling, Z.; Hao, C.; Qiu, J. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1299. doi: 10.1039/c5ee03633j
(74) Kong, W.; Lu, C.; Zhang, W.; Pu, J.; Wang, Z. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 12452. doi: 10.1039/c5ta02432c
(75) Hou, L.; Shi, Y.; Zhu, S.; Rehan, M.; Pang, G.; Zhang, X.; Yuan, C. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 133. doi: 10.1039/c6ta05788h
(76) Yang, X.; Sun, H.; Zan, P.; Zhao, L.; Lian, J. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 18857. doi: 10.1039/c6ta07898b
(77) Ray, R. S.; Sarma, B.; Jurovitzki, A. L.; Misra, M. Chem. Eng. J. 2015, 260, 671. doi: 10.1016/j.cej.2014.07.031
(78) Zhu, C.; Yang, P.; Chao, D.; Wang, X.; Zhang, X.; Chen, S.; Tay, B.K.; Huang, H.; Zhang, H.; Mai, W.; Fan, H. J. Adv. Mater. 2015, 27, 4566. doi: 10.1002/adma.201501838
(79) Balogun, M. S.; Zeng, Y.; Qiu, W.; Luo, Y.; Onasanya, A.; Olaniyi, T. K.; Tong, Y. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 9844. doi: 10.1039/ c6ta02492 k
(80) Wang, S.; Sun, C.; Shao, Y.; Wu, Y.; Zhang, L.; Hao, X. Small 2017, 13, 1603330. doi: 10.1002/smll.201603330
(81) Xie, Y.; Tian, F. Mater. Sci. Eng. B 2017, 215, 64. doi: 10.1016/j.mseb.2016.11.005
(82) Ambade, R. B.; Ambade, S. B.; Shrestha, N. K.; Salunkhe, R. R.; Lee, W.; Bagde, S. S.; Kim, J. H.; Stadler, F. J.; Yamauchi, Y.; Lee, S.-H. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 172. doi: 10.1039/c6ta08038c
(83) Huang, H.; Gan, M.; Ma, L.; Yu, L.; Hu, H.; Yang, F.; Li, Y.; Ge, C. J. Alloy. Compd. 2015, 630, 214. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.01.059
(84) Xie, Y.; Wang, D. J. Alloy. Compd. 2016, 665, 323. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.01.089
(85) Peng, X.; Huo, K.; Fu, J.; Zhang, X.; Gao, B.; Chu, P. K. Chem. Commun. 2013, 49, 10172. doi: 10.1039/c3cc45997g
(86) Xie, K.; Li, J.; Lai, Y.; Zhang, Z.; Liu. Y.; Zhang, G.; Huang, H. Nanoscale 2011, 3, 2202. doi: 10.1039/c0nr00899k
(87) Xie, S.; Gan, M.; Ma, L.; Li, Z.; Yan, J.; Yin, H.; Shen, X.; Xu, F.; Zheng, J.; Zhang, J.; Hu, J. Electrochim. Acta 2014, 120, 408. doi: 10.1016/j.electacta.2013.12.067
(88) Ambade, R. B.; Ambade, S. B.; Shrestha, N. K.; Nah, Y. C.; Han, S.H.; Lee, W.; Lee, S. H. Chem. Commun. 2013, 49, 2308. doi: 10.1039/c3cc0 0065f