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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (10): 1944-1959    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201705177
综述     
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
Recent Advances in the Multi-Modification of TiO2 Nanotube Arrays and Their Application in Supercapacitors
Cui-Ping YU1,Yan WANG1,*(),Jie-Wu CUI1,Jia-Qin LIU2,3,Yu-Cheng WU1,2,*()
1 School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, P. R. China
2 Key Laboratory of Advanced Functional Materials and Devices of Anhui Province, Hefei 230009, P. R. China
3 Institute of Industry & Equipment Technology, Hefei University of Technology, Hefei 230009, P. R. China
 全文: PDF(3608 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

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    
Abstract:

Anodized TiO2 nanotube arrays are one of the key electrode materials for supercapacitors, because of their easy synthesis, controllable morphology, and environmentally friendly characteristics. In this paper, the multi-modification of TiO2 nanotube arrays is presented. These modifications include the introduction of oxygen vacancies, and the modification of the arrays by metals, nonmetals, metal oxides and conductive polymers; these modifications provide scope to increase the electrochemical performance of the TiO2 nanotube arrays. Recent advances of anodized TiO2 nanotube arrays in supercapacitors are systematically summarized, providing guidance for the practical application of these arrays.

Key words: Anodization    TiO2 nanotube arrays    Multi-modification    Supercapacitor    Electrochemical performance
收稿日期: 2017-04-03 出版日期: 2017-05-17
中图分类号:  O646  
基金资助: 国家自然科学基金(51302060);国家自然科学基金(51402081);国家自然科学基金(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);中央高校基本科研业务费专项资金资助(JZ2017HGTB0203);中央高校基本科研业务费专项资金资助(JZ2016HGTB0719)
通讯作者: 王岩,吴玉程     E-mail: stone@hfut.edu.cn;ycwu@hfut.edu.cn
作者简介: 余翠平,1991年生,本科毕业于合肥工业大学,现为合肥工业大学材料学院硕博连读研究生,主要研究方向:有序纳米阵列的可控制备、改性及其超级电容性能|王岩,1985年生,2012年获合肥工业大学材料学工学博士学位,2015–2016年获国家公派赴美国Rice University访学,现为合肥工业大学材料学院副教授,主要研究方向:纳米功能材料与器件|崔接武,1985年生,2011–2013年赴澳大利亚Monash University进行国家公派联合培养,2013年获合肥工业大学材料学工学博士学位,现为合肥工业大学材料学院副教授,主要研究方向:低维纳米材料|刘家琴,1981年生,合肥工业大学理学博士,现为合肥工业大学工业与装备技术研究院副研究员,主要研究方向:无机纳米半导体材料与器件|吴玉程,1962年生,中国科学院理学博士,现为合肥工业大学材料学院教授/博导,先进功能材料与器件安徽省重点实验室主任,主要研究方向:纳米功能材料及其能源应用
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余翠平
王岩
崔接武
刘家琴
吴玉程

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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.

Cui-Ping YU,Yan WANG,Jie-Wu CUI,Jia-Qin LIU,Yu-Cheng WU. Recent Advances in the Multi-Modification of TiO2 Nanotube Arrays and Their Application in Supercapacitors. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(10): 1944-1959.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201705177        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I10/1944

图1  TiO2纳米管阵列形成的原理示意图8
图2  氢化TiO2纳米管阵列的(a)形貌以及(b)电化学性能11
图3  电化学氢化TiO2纳米管阵列的(a)形貌及其(b)电化学性能14
图4  蓝色和黑色TiO2纳米管阵列的(a)制备示意图及其(b)电化学性能16
图5  等离子体氢化TiO2纳米管阵列的(a)形貌及其(b)电化学性能21
图6  (a–b)原始态和还原态TiO2纳米管阵列的莫特肖特基曲线,(c)还原态TiO2纳米管阵列的形貌以及(d)电化学性能22
图7  (a)负载不同TiO2纳米颗粒层(2, 4, 6, 8次)的大间隙TiO2纳米管阵列的形貌及(b)不同氮化温度下的电化学性能31
图8  (a)RGO修饰TiO2纳米管形貌及其(b)电化学性能36
图9  (a)改性TiO2纳米管的形貌及(b)电化学性能42
图10  (a)MnOx负载还原TiO2纳米管的其分子模型及其(b)电化学性能20
图11  MnO2负载TiO2纳米管阵列的(a)实验过程示意图,(b)形貌54
图12  Co3O4负载TiO2纳米管阵列的(a)形貌,(b)电化学性能42
图13  镍钴氧化物负载TiO2纳米管阵列(a)形貌,(b)电化学性能59
图14  NiCo2O4修饰改性TiO2纳米管阵列的TEM图以及EDX面扫元素分布图61
图15  (a)TiO2纳米管阵列负载BiFeO3纳米颗粒示意图,(b)电化学性能62
图16  (a)Ti18V基底上制备的纳米管形貌,(b)电化学性能65
图17  不同Mn含量的Ti-Mn合金(a)TiO2, (b)TiO2-Mn (3%), (c)TiO2-Mn (7%), (d)TiO2-Mn (10%)制备的纳米管形貌67
图18  (a)NixCo2x(OH)6x/TiN纳米管阵列制备过程示意图,(b)电化学性能71
图19  (a)CoS与TiO2纳米管阵列复合材料的形貌图,(b)不同电解液中的电化学性能77
图20  Co0.12Ni1.88S2@Co8S9纳米颗粒修饰TiO2纳米管阵列的(a)(b)性能及其(c)应用
图21  (a)TiN纳米管阵列负载MoNx实验过程示意图,(b)电化学性能81
图22  (a)聚噻吩修饰TiO2纳米管阵列的形貌,(b)电化学性能82
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