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渤海大學、遼寧省二氧化鈦粉體表面功能化重點實驗室Zengying Ma等--通過Ca2+修飾的TiO2/石墨烯導電材料改善電荷轉移以提高導電性
     本研究通過Ca2+修飾TiO2表面,并結合石墨烯,設計開發了一種三元導電材料。從TEM表征中可以觀察到,Ca2+修飾的TiO2納米粒子分散在石墨烯層上,界面接觸緊密。Ca2+/TiO2/G的電阻率比未修飾的化合物降低了約70%。電導率的增強可歸因于Ca2+/TiO2與G之間更強的結合強度,以及形成額外的電荷轉移途徑。因此,可以加速界面電荷轉移和電導率。此外,第一性原理計算證實,電荷轉移確實通過Ca2+修飾增加。這一結果證明了界面電荷轉移的改善對提高導電性能的重要性,并為未來導電材料的設計提供了新的思路。

 
流程圖1. Ca2+/T/G復合材料的合成過程示意圖。

 
圖1. (a)不同Ca2+含量下TiO2和Ca2+/T的紅外光譜。(b) TiO2和Ca2+/T的O 1s XPS光譜。(c) TiO2和Ca2+/T的拉曼光譜。(d)不同Ca2+含量下TiO2和Ca2+/T的XRD譜圖。(e) TiO2和Ca2+/T的結構模型。

 
圖2. (a) TiO2、Ca2+/T和(b) G的Zeta電位。Ca2+/T/G的(c) C 1s和(d) C 2p的高分辨率XPS光譜。(e) G、Ca2+/T和Ca2+/T/G的紅外光譜。(f) Ca2+/T/G的結構模型。

 
圖3. (a-g) Ca2+/T/G的透射電鏡圖像。 Ca2+/T的(h) TEM圖和(h)粒度圖。 Ca2+/T/G的(i)EDS元素映射圖。

 
圖4. (a) Ca2+含量對Ca2+/T/G電導率的影響。(b)不同Ca2+濃度下Ca2+/T/G的Nyquist圖。(c)不同Ca2+濃度時Ca2+/T/G的放大頻率Nyquist圖。(d) T/G和Ca2+/T/G的Mott-Schottky圖。

 
圖5. (a) T/G和(b) Ca2+/T/G的能帶結構。(c) T/G和(d) Ca2+/T/G的總態密度和偏態密度。

 
流程圖2. Ca2+/T/G復合材料電導率提高的可能機理示意圖。
 
     相關研究成果由渤海大學、遼寧省二氧化鈦粉體表面功能化重點實驗室Zengying Ma等人于2023年發表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.102779 )上。原文:Improved charge transfer by Ca2+ modified TiO2/graphene conductive material for enhancing conductivity。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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