DOI: 10.1002/ente.202000184
在此，通過對電紡納米線的分步控制熱處理，制備了不同形態的一維氮氧化鈦納米線（TiON NWs），并根據后退火工藝改變的理化特性分析其電化學性能。采用直接氮化（1step）和順序氧化氮化（2step）工藝，將由鈦前驅體和聚合物組成的納米線轉變為TiON NWs（TiON-1step NW和TiON-2step NW）。TiON-1step NW表現出相對較高的表面積和孔體積，這可歸因于直接氮化步驟中形成的小晶粒尺寸和非晶態碳物種，而在TiON-2step NW中觀察到晶粒生長和碳分解。當將制備的納米線應用于電化學電容器和氧還原反應（ORR）時，TiON-1step NW的性能顯著高于TiON-2step NW（ORR中的電容高200％，半波電勢低0.17 V）。結果表明，電化學性能的變化主要受兩種TiON NWs形態差異的影響。TiON-1step NW中殘留的碳組分還有助于改善所應用的電化學反應中的電導率以及結構穩定性。從形態學修飾的角度對實驗結果進行了詳細的分析。
圖1.制備的a）TiON-1step NW和b）TiON-2step NW的SEM圖像。c）制備的納米線（TiON-1step NW、TiON-2step NW和TiO2 NW）和商用TiN粉末的XRD圖案。
圖2.a）TiON-1step NW和d）TiON-2step NW的明場TEM圖像，以及插圖中的相應SAED模式。b）TiON-1step NW和e）TiON-2step NW的HRTEM圖像。插圖是放大的圖像。對于c）TiON-1step NW和f）TiON-2step NW的Ti、O、N和C元素的STEM-EELS映射圖像。
圖3.a）TiON-1step NW、TiON-2step NW和TiO2 NW的氮氣吸附-解吸等溫線和b）孔徑分布。
圖4.TiON-1step NW的a）全掃描、b）Ti 2p、c）N 1s和d）O 1s區域的XPS光譜。
圖5.a）Ti K邊緣XANES光譜，b）前邊緣區域的放大光譜，c）TiON-1step NW、TiON-2step NW和TiO2 NW以及參照（商業TiN、Ti金屬箔）的一階導數光譜和d）平均氧化態與邊緣能之間的對應關系。
圖6.在三電極電池中進行的各種電化學分析的結果。a）掃描速度為10 mV s-1時的循環伏安圖，b）電流密度為0.5 A g-1時的恒電流充放電曲線，以及c）在100 kHz至10 mHz頻率范圍內測得的TiON-1step NW、TiON-2step NW、TiO2 NW和商用TiN 的奈奎斯特圖。d）在3000次循環中以100 mV s-1的掃描速率測量的TiON-1step NW和TiON-2step NW的CV循環性能。
圖7.在對稱的兩電極電池中進行的各種電化學分析的結果。a）掃描速率為10 mV s-1的循環伏安圖，以及c）電流密度為0.5 A g-1時，TiON-1step NW和TiON-2step NW的恒電流充電/放電曲線。b）在5至200 mV s-1的不同掃描速率下的循環伏安圖，以及d）在0.1至10.0 A g-1的不同電流密度下，TiON-1step NW的恒電流充電/放電曲線。e）在不同掃描速率下TiON-1step NW和TiON-2step NW的比電容，以及f）相應的能量密度/功率密度。
圖8.在0.1 M KOH電解液中進行ORR測量的結果。a）TiON-1step NW在N2或O2飽和電解質中的循環伏安圖，掃描速率為50 mV s-1。b）TiON-1step NW、TiON-2step NW、TiO2 NW和商用TiN在1600 rpm轉速下的ORR偏振曲線；c）TiON-1step NW在O2飽和電解質中，在400至2500 rpm不同轉速下的偏振曲線。d）在O2飽和的電解質中，TiON-1step NW和20％Pt/C在0.65 V（vs RHE）下20000 s的計時電流響應，插圖為甲醇耐受性測試結果。
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