DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.10.149
采用低成本的靜電紡絲技術和水熱法制備了TiO2納米粒子修飾氮（N）摻雜螺旋碳納米纖維（CNF）-碳納米管（CNT）雜化材料。形態學研究建立了CNFs的螺旋結構，CNTs在CNFs周圍分層生長。雜化材料具有納米孔結構，其比表面積高達295.17 m2 g-1。X射線光電子能譜研究在TiO2納米粒子與碳結構之間建立了Ti-O-C/Ti-C鍵介導的電荷轉移通道，并成功地在CNFs中摻入了N。電紡雜化材料在75 mA g-1和186 mA g-1的電流密度下分別具有316 mAh g-1（第100個循環）和244 mAh g-1（第100個循環）的高可逆充電容量。在不同電流密度下獲得的充電容量高于常規的石墨微孔微珠負極。結果表明，在鋰離子電池中，本研究所制備的雜化材料比石墨具有更高的性能。
圖1.（a）CNF，Ni-CNF，CNF-CNT，N-CNF-CNT，TiO2和N-CNF-CNT/TiO2雜化物的XRD圖譜（插圖顯示了N-CNF-CNT/TiO2雜化物在30°至80°范圍內的XRD圖譜）（TiO2使用JCPDS卡＃00-001-0562，碳使用JCPDS卡01-075-1621）。（b）和（c）CNF，Ni-CNF，CNF-CNT，N-CNF-CNT，TiO2和N-CNF-CNT/TiO2雜化物的拉曼光譜。（d）N-CNF-CNT和N-CNF-CNT/TiO2在惰性氣氛中的熱重分析曲線，N-CNF-CNT/TiO2在空氣中的熱重分析曲線（插圖）。
圖2.（a）CNFs，（b）和（c）CNF-CNT，（d）和（e）N-CNF-CNT，（f）TiO2納米粒子，（g）和（h）N-CNF-CNT/TiO2雜化材料的FESEM圖像。
圖3.（a）N-CNF-CNT雜化材料的透射電子顯微鏡圖像以及HR-TEM（＆）和SAED（＃）。（b）相應的高角度環形暗場（HAADF）圖像；（c）同時元素映射分析；（d）碳（紅色）和（e）氮（黃色）。（f）電紡N-CNF-CNT/TiO2復合材料的明場TEM圖像和暗場圖像（＆）；（g）確認螺旋形貌中含CNTs和TiO2粒子，在SAED（＃）中顯示出環形和明亮的衍射點；（h）在高放大倍率下，確認銳鈦礦型TiO2嵌入N-CNF-CNT材料中并在SAED圖譜（＃）中觀察到清晰的明亮衍射點；（i）與圖像（h）相對應的雜化材料的HR-TEM圖像。（要解釋該圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）
圖4.（a）螺旋N-CNF-CNT/TiO2雜化體的HAADF圖像。（b）同時進行TEM元素映射分析；（c）碳（紅色）；（d）氮（黃色）；（e）鈦（綠色）和（f）氧（青色）。（要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）
圖5.（a）CNF和（b）N-CNF-CNT/TiO2雜化物的N2吸附解吸等溫線和孔徑分布（插圖）。
圖6.N-CNF-CNT/TiO2的XPS圖像：（a）去卷積C 1s，（b）去卷積N 1s，（c）去卷積O 1s和（d）去卷積Ti 2p。
圖7.通過EIS、CV和放電-充電研究進行電化學表征：（a）N-CNF-CNT（紅色）和N-CNF-CNT/TiO2復合材料（藍色）的EIS奈奎斯特圖。（b）N-CNF-CNT和（c）N-CNF-CNT/TiO2復合材料在電壓為0.1-2.5V，掃描速率為0.2 mV s-1的條件下進行1-5個循環的CV曲線。恒電流放電-充電研究（d）N-CNF-CNT材料在75 mA g-1下的電壓與容量曲線；N-CNF-CNT/TiO2復合材料在（e）75 mA g-1，（f）186 mA g-1下的電壓與容量曲線；（g）N-CNF-CNT和N-CNF-CNT/TiO2復合材料在電壓范圍為0.01-2.5V，電流密度為75和186 mA g-1下進行1-100個循環的容量與循環次數曲線。（要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）
圖8.與商用MCMB負極進行比較的倍率性能研究：（a）N-CNF-CNT和（b）N-CNF-CNT/TiO2復合材料的電壓與容量曲線。以及（c）CNF，CNT，CNF-CNT，N-CNF-CNT和N-CNF-CNT/TiO2復合材料的容量與循環次數關系的比較。商用MCMB負極（d）電壓與容量的關系；（e）在大于372 mA g-1的條件下，與N-CNF-CNT/TiO2復合材料的電壓-容量曲線比較；以及（f）在不同電流密度下，MCMB和N-CNF-CNT/TiO2復合材料的容量與循環次數關系的比較。
微信二維碼
