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TiO_2纳米管及其酸化产物的制备与电化学性能研究

作　者: 施万玉
导　师: 卢建树
学　校: 浙江工业大学
专　业: 材料学
关键词: 质子导体 TiO2纳米管固体电解质电导率
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

TiO₂是一种多功能的无机材料。本文研究了TiO₂纳米管的水热法制备工艺,用XRD分析了TiO₂纳米管的晶型特点,用SEM和TEM表征了TiO₂纳米管的微观结构,用直流电化学法和交流阻抗法测试了TiO₂纳米管及其酸化产物的电化学性能,探讨质子导电的影响因素和导电机理。XRD分析测试表明,水热法制得的TiO₂纳米管的晶型组成与原料TiO₂相同,均是以锐钛矿为主并混有少量金红石的晶型结构。800℃高温热处理可以使其转变为金红石晶型。SEM和TEM观察表明,所制备的TiO₂纳米管的管长约为0.5-5μm,管内径约为5-50nm,许多纳米管成排状平行粘联在一起。红外光谱分析显示TiO₂纳米管表面存在钛羟基键。直流法电化学测试显示,由TiO₂纳米管和Nafion溶液混合后干燥得到的复合材料的电导率要比纯Nafion膜的电导率高。60℃时该复合材料的电导率达0.08S·cm-1。所以,可以通过在Nafion膜中掺混TiO₂纳米管来改善其质子传导性,还可以降低质子传导膜的成本。交流阻抗测试结果表明,试样的电导性受到工作温度和气体湿度的影响。在干燥条件下,电导性随温度的升高变化不大。气体湿度增加后,电导率随温度的改变有明显提高。实验结果还显示,经磷酸和硫酸浸泡处理后得到的TiO₂纳米管酸化产物的电导率比未处理的TiO₂纳米管的电导率要高得多。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-30
  1.1 二氧化钛概述  10-14
    1.1.1 二氧化钛的基本性质与结构  10-11
    1.1.2 二氧化钛纳米管的性质  11-12
    1.1.3 二氧化钛纳米管的制备方法  12-13
    1.1.4 二氧化钛纳米管的形成机理  13
    1.1.5 二氧化钛纳米管的应用  13-14
  1.2 质子导体概述  14-24
    1.2.1 无机质子导体  16-22
    1.2.2 聚合物质子导体  22-24
  1.3 质子导体的应用  24-28
    1.3.1 燃料电池  24-25
    1.3.2 氢传感器  25-26
    1.3.3 氢泵  26-27
    1.3.4 常压合成氨反应器  27-28
  1.4 选题的目的和意义  28-30
第二章实验过程与仪器  30-41
  2.1 材料的制备  30-31
    2.1.1 二氧化钛纳米管的制备  30
    2.1.2 二氧化钛纳米管酸化产物的制备  30-31
  2.2 试样的制备  31
  2.3 Nafion 膜的处理  31-32
    2.3.1 Nafion 膜的预处理  31
    2.3.2 膜电极的制备  31-32
  2.4 试样检测  32-33
    2.4.1 透水性检测  32
    2.4.2 透气性检测  32-33
  2.5 试样的结构表征  33-35
    2.5.1 X 射线衍射线分析  33-34
    2.5.2 扫描电镜测试  34
    2.5.3 透射电镜测试  34
    2.5.4 红外光谱测试  34-35
  2.6 试样的电化学性能测试  35-39
    2.6.1 直流法测电导率  35-36
    2.6.2 交流阻抗测试  36-39
  2.7 实验药品和仪器  39-40
  本章小结  40-41
第三章二氧化钛纳米管及其酸化产物的结构表征  41-50
  3.1 XRD 测试结果分析  41-44
  3.2 扫描电镜测试结果分析  44-46
  3.3 透射电镜测试结果分析  46-47
  3.4 红外光谱测试结果分析  47-48
  本章小结  48-50
第四章二氧化钛纳米管及其酸化产物的电化学性能测试  50-62
  4.1 氧化物质子导体的直流测试  50-52
  4.2 电化学阻抗测试  52-61
    4.2.1 二氧化钛纳米管的导电性  53-58
    4.2.2 二氧化钛纳米管酸化产物的导电性  58-61
  本章小结  61-62
第五章结论  62-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读学位期间发表的论文  70

TiO_2纳米管及其酸化产物的制备与电化学性能研究

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