【摘 要】
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二氧化钛（TiO2）电极材料存在柔韧性差、电导率低、电催化位点不足等问题,大大降低了其电化学性能。本论文从TiO2电极材料的改性方法入手,提出设计具有高弹性的TiO2纳米螺旋线,提升TiO2作为锂离子电池负极材料的应用可能性;通过在TiO2中引入氧空位等缺陷以及表面负载金属纳米颗粒,实现电子调控,提升TiO2材料的电催化反应活性;与具备高催化活性的材料进行复合,优化材料的氢吸附吉布斯自由能,实现对
【基金项目】
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国家自然科学基金； 北京市自然科学基金；
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二氧化钛（TiO2）电极材料存在柔韧性差、电导率低、电催化位点不足等问题,大大降低了其电化学性能。本论文从TiO2电极材料的改性方法入手,提出设计具有高弹性的TiO2纳米螺旋线,提升TiO2作为锂离子电池负极材料的应用可能性;通过在TiO2中引入氧空位等缺陷以及表面负载金属纳米颗粒,实现电子调控,提升TiO2材料的电催化反应活性;与具备高催化活性的材料进行复合,优化材料的氢吸附吉布斯自由能,实现对TiO2电催化产氢性能的有效提升。具体研究包括以下三个部分:（1）模拟DNA在细胞中形成螺旋结构的“排斥容积效应”,设计出压力诱导水热反应,制备出具有弹性结构的TiO2纳米螺旋线。通过理论分析证实,TiO2螺旋结构具有最大的重叠体积和最小的排斥体积,进而使体系的熵最小,保持体系稳定。将其与高能量密度的Co3O4复合并用作锂离子电池负极材料,TiO2纳米螺旋线独特的弹性结构可以将Co3O4因储锂导致体积膨胀引起的应力导出,减小了电极材料在储锂过程中因体积膨胀对循环稳定性的影响。（2）经过水热法、离子交换以及高温H2/Ar混合气还原过程,合成了负载Ni纳米颗粒的富氧空位TiO2纳米线自支撑薄膜材料（Ni/TiO2-Vo NFFs）。H2/Ar混合气高温还原为TiO2纳米线引入大量的氧空位和低配位的Ti3+,有效提升了 TiO2的导电性;通过离子交换进入钛酸盐层间的Ni2+被还原成Ni单质,并迁移至TiO2纳米线表面形成纳米颗粒,这些Ni单质纳米颗粒与TiO2在界面处存在强相互作用,有助于优化电子结构,促进电催化HER活性的提升,在电催化HER领域中显示出巨大的潜力。（3）将具有氧空位缺陷的TiO2与具有高催化活性的ReS2纳米片进行复合,并在H2/Ar气氛中高温还原制备出Re/ReS2/TiO2纳米线自组装薄膜（Re/ReS2/TiO2 NFFs）复合材料。在700℃的H2/Ar还原气氛下煅烧,钛酸盐纳米线表面生长的ReS2纳米片被部分还原成Re单质并引入大量S空位,同时在TiO2纳米线中构筑大量氧空位。富含S空位的Re/ReS2与富含氧空位的TiO2NWs复合,优化了材料的电子结构和氢吸附吉布斯自由能（Δ GH*）,使其成为极具潜力的HER电催化剂。
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