Структура, фізичні та електрохімічні властивості нанодисперсного TiO2, легованого ніобієм і цирконієм

Abstract

На основі комплексних досліджень показано вплив домішок та термічного відпалу на кристалічну структуру, морфологію поверхні. Виявлено, що легування TiO2 ніобієм забезпечує термічну стабільність фази анатазу при температурі 1120 К. Щодо TiO2 легованого цирконієм, то згідно результатів рентгенофазового аналізу, вміст рутилу після відпалу становив ~ ЗО %. Даний матеріал, характеризується пористою поверхнею зі значенням питомої площі 260 м2/г, що є на 40 % більшою у порівнянні із отриманими даними для нелегованого та легованого ніобієм TiO2. Значна гідратованість синтезованих матеріалів чітко простежується на ІЧ-спектрах та термогравіметричній залежності і становить до 20 % від початкової маси. Ширина забороненої зони діоксиду титану, згідно УФ спектроскопії, зменшується від 3,5 еВ до 2,5 еВ при легуванні TiO2 цирконієм та відпалом до 1120 К відповідно. Причиною цього, є домішкові рівні у забороненій зоні TiO2, утворення яких пояснюється появою вакансій оксигену після відпалу, що підтверджено рентгенівською фотоелектронною спектроскопією. Вперше застосовано легований TiO2 цирконієм та ніобієм і відпалений при 670 і 1120 К у якості катодних матеріалів літієвих джерел струму (ЛДС). Показано ефективність використання поєднання таких методів модифікації щодо покращення інтеркаляційних процесів йонів літію в структуру діоксиду титану. Значення питомих енергетичних характеристик ЛДС вдалося збільшити на 50 % і 20% при легуванні TiO2 цирконієм і ніобієм відповідно із наступним їх відпалом до 1120 К.