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Adv. Mater.|表面电荷调停法合成异质结构材料氢化TiO2@Ni(OH)2

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图1.材料形貌


核壳异质材料在高性能超级电容器领域具有巨大潜力。尤其,一维核壳异质材料凭借其多功能性成为重要的研究材料,广泛应用在能源储存器件、化学传感、催化和纳米电子器件等方面。这种结构的材料可以提供较大的比表面积,且表面可以形成均匀的孔洞。大量实验表明增大过渡金属氧化物或氢氧化物活性比表面积,有利于促进表面还原反应的发生和提高电化学活性

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图2.材料模型


近期,新加坡国立大学的Cai等人利用表面电荷调停法(demonstrate a surface-charge-mediated method)成功在氢化TiO2纳米管(H-TiO2 NWs)表面生长出多孔超薄Ni(OH)2纳米片,合成H-TiO2@Ni(OH)2核壳异质结构的材料,并将其作为超级电容器的材料开展研究。结果表明在5mV/s的扫速下最大比容量为303F/g和在200mV/s的扫速下保持142F/g的比容量,且在1A/g的电流密度下循环5000次容量保持率为90%。作者随后作出解释,生长在H-TiO2 NWs上的Ni(OH)2多层纳米片结构具有更多的孔隙,这为快速还原反应提供了更多的活性比表面积,从而提高了能量储存效率。


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图3.作为柔性不对称超级电容器的性能


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 图4.材料制备过程


制备方法:

  1. TiO2纳米管在真空450℃条件下用氢等离子体辐射5000s得到氢化TiO2纳米管(H-TiO2 NWs)。

  2. 1M NiSO4·6H2O溶液16mL、 0.25M K2S2O4溶液20mL 和氨水6mL (24% NH3·H2O)加入耐热烧杯中在室温下混匀。

  3. 氢化TiO2纳米管(H-TiO2 NWs)浸入上述溶液中10分钟得到H-TiO2@Ni(OH)2 NWs。


Qingqing Ke, Cao Guan, Xiao Zhang, Minrui Zheng, Yongwei Zhang, Yongqing Cai, Hua Zhang, John Wang, Surface-Charge-Mediated Formation of H-TiO2@Ni(OH)2 Heterostructures for High-Performance Supercapacitors, Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604164


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