论文开题报告

1、NiO/TiO2复合结构的可控构筑及复合结构的可控构筑及其电容性能研究其电容性能研究开题报告开题报告 姓名： 学号： 导师 ： 专业： 报告内容报告内容1.选题背景选题背景2.研究现状研究现状3.研究方法和研究内容研究方法和研究内容4.实验进展安排实验进展安排5.目前已开展工作目前已开展工作一、选题背景一、选题背景 Craig A. Grimes课题组利用阳极氧化工艺在高纯金属钛片表面制得了长度约为10m的垂直有序排列TiO2纳米管阵列，其电化学容量可达80 mFcm-2，在超级电容器中有很大的应用可能性，由此开启了新一代超级电容器电极材料的研究。 从结构上看，超级电容器主要由集流体、电极材料

2、、电解质材料和绝缘隔膜组成，其中电极材料是决定超级电容器性能和生产成本的最关键因素。本研究主要围绕制备NiO/TiO2复合结构及其作为电容器用电极材料对它的电化学性能进行表征。 目前研究较多的超级电容器电极材料有碳材料、金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物等。 Torsten Brezesinski等利用模板法合成了有序排列的锐钛矿型介孔TiO2纳米管阵列，表现出很高的电子存储能力和嵌入能力，如下图所示。 二、研究现状二、研究现状(a)介孔TiO2纳米管阵列(b) 介孔TiO2纳米管阵列电子存储能力和嵌入能力 美国Arthur J. Frank课题组通过阳极氧化工艺处理Ni-Ti合金材料制备了Ni

3、O-TiO2有序排列纳米管阵列，如下图所示。退火处理后这种有序材料具有很强的快速充放电能力和长循环寿命特性。（a） NiO-TiO2有序排列纳米管阵列 （b）NiO-TiO2有序排列纳米管阵列的循环伏安特性曲线 NiO/TiO2复合结构作为超级电容器用电极材料可以发挥有序纳米材料的优势，进一步增大电极材料的比表面积，使电极材料与电解质充分接触并进行电子或离子传输，促进电容器中氧化还原反应的发生，从而改善它的电化学性能。三、研究内容和研究方法三、研究内容和研究方法1、研究内容 （1）用高纯钛片制备TiO2纳米管有序阵列退火处理后用FESEM、XRD等分析方法对其表征。 （2）在TiO2纳米管上沉

4、积NiO，并实现对沉积NiO纳米颗粒的粒径尺寸、分布位置以及含量等的控制。 （3） 对沉积了NiO的TiO2纳米管复合结构的各项电化学性能进行表征。 2、主要实验设备和实验材料 直流稳压稳流直流电源、管式电阻炉、精密电子天平、电热数显恒温水浴锅、超声波清洗器、电化学工作站、电解槽、钛片、丙酮、无水乙醇、乙二醇、氟化铵、纯水、硝酸镍、硫酸镍、硼酸、硫酸钠、氢氧化钾3、实验流程阳极氧化工艺制备TiO2有序纳米阵列采用FESEM、TEM等对有序纳米阵列表征采用电化学沉积NiO获得NiO/TiO2复合结构优化工艺参数实现对所沉积NiO纳米颗粒尺度、分布均匀程度、分布位置 以及含量的控制退火处理后采用X

5、RD、FESEM、XPS等对退火后的NiO/TiO2复合结构进行表征对所制备试样的各项电化学性能进行表征、分析 4、确定实验方案： （1）以氟化铵水溶液为电解质，采用阳极氧化法，在高纯钛片基体上制备出TiO2纳米管阵列薄膜并对制备的试样采用FESEM、XRD等分析方法进行表征。 （2）利用电化学沉积工艺在TiO2纳米管内壁及表面沉积NiO对TiO2纳米管阵列薄膜进行修饰改性处理。在电化学沉积工艺过程中，通过调控电化学溶液的组成成分、溶液浓度、NiO前驱体材料类型、电化学电位、电流密度、电极间距、反应温度、pH值等参数，实现对 所沉积NiO纳米颗粒粒径尺度、分布均匀程度、分布位置(管口、管壁、管

6、中或管底) 以及NiO在整个 NiO/TiO2纳米管阵列材料中百分含量的精确控制。 （3）采用XRD、FESEM、XPS等分析方法对退火后的NiO/TiO2复合结构进行表征。 （4）对退火后的NiO/TiO2复合结构的电化学特性进行定性和定量表征。5.实验难点 在TiO2纳米管有序阵列上沉积NiO纳米颗粒的过程中，所沉积NiO纳米颗粒粒径尺度、分布均匀程度、分布位置(管口、管壁、管中或管底) 以及NiO在整个NiO/TiO2纳米管阵列材料中含量的精确控制较难实现，需要反复调整试验参数，做大量实验。四、实验进展安排四、实验进展安排文献阅读及TiO2纳米管的制备试验确定电化学沉积的工艺参数，调控电化学溶液的组成成分来控制所沉积NiO的百分含量调控电化学溶液反应温度、电化学电位、电流密度、电极间距、pH值等参数，实现对所沉积NiO纳米颗粒粒径尺度、分布均匀程度、分布位置的控制。对制备的试样进行组织观察、成分分析以及性能检测。归纳、分析实验数据。五、目前已开展工作五、目前已开展工作 通过电化学阳极氧化法在高纯钛片上制备了TiO2纳米管有序阵列。 通过电化学沉积工艺在以钛为基底的TiO2纳米管有序阵列上沉积了NiO。图1 以NH4F水溶液为电解液在不同电压下阳极氧化6h