氮化鈦(TiN)納米纖維紙(含圖)
TiN納米纖維紙由細(xì)長(zhǎng)的TiN納米帶組成,可直接用作自支撐電極。合成該材料涉及水熱法與陽(yáng)離子置換制備H2Ti3O7納米帶、真空抽濾成膜、空氣灼燒形成TiO2納米帶、氨氣中高溫氮化生成TiN納米纖維紙(圖1a)。電鏡圖像顯示所制備的TiN納米纖維紙由大量TiN納米帶堆疊而成,纖維之間互相交錯(cuò)整體形成三維大孔結(jié)構(gòu)(圖1b、f),每根TiN納米帶結(jié)晶度高且含介孔(圖1c-e)。大孔與介孔結(jié)合不僅增加電極的比表面積,也利于電解液離子在電極中的快速擴(kuò)散。
TiN納米纖維紙的導(dǎo)電性**。單根TiN納米帶的電導(dǎo)率達(dá)4.5×105 S m-1(圖2a),遠(yuǎn)高于碳基材料(1~104 S m-1)。納米纖維紙方阻小(僅2.73 Ω sq-1),可作導(dǎo)線(圖2b)。
獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)和出色的導(dǎo)電性賦予了TiN納米纖維紙**的倍率性能。由兩片相同的TiN纖維納米紙為電極組裝的對(duì)稱超級(jí)電容器在0.5 M Na2SO4的中性電解液、1-100 V s-1掃速下展現(xiàn)出類矩形循環(huán)伏安曲線(圖3a-e)。此外,在1-20 V s-1的掃速內(nèi),放電電流與掃速線性增加(圖3f)。這些結(jié)果均證明了TiN納米纖維紙電極中電子輸運(yùn)與離子遷移速率均極快,適于快速充放電應(yīng)用。
此外,TiN納米纖維紙電極的厚度和質(zhì)量均可通過(guò)真空抽濾時(shí)所傾倒的H2Ti3O7納米帶的質(zhì)量予以調(diào)控。得益于高速電子輸運(yùn)和離子傳輸特性,隨著電極載量從0.38增加到3 mg cm-2,超級(jí)電容器面積電容呈近線性的增長(zhǎng)(圖4),同時(shí)質(zhì)量比電容和體積比電容未明顯降低。
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