渤海大学Zengying Ma等–通过Ca2+修饰的TiO2/石墨烯导电材料改善电荷转移以提高导电性

本研究通过Ca²⁺修饰TiO₂表面，并结合石墨烯，设计开发了一种三元导电材料。从TEM表征中可以观察到，Ca²⁺修饰的TiO₂纳米粒子分散在石墨烯层上，界面接触紧密。Ca²⁺/TiO₂/G的电阻率比未修饰的化合物降低了约70%。电导率的增强可归因于Ca²⁺/TiO₂与G之间更强的结合强度，以及形成额外的电荷转移途径。因此，可以加速界面电荷转移和电导率。此外，第一性原理计算证实，电荷转移确实通过Ca²⁺修饰增加。这一结果证明了界面电荷转移的改善对提高导电性能的重要性，并为未来导电材料的设计提供了新的思路。

流程图1. Ca²⁺/T/G复合材料的合成过程示意图。

图1. (a)不同Ca²⁺含量下TiO₂和Ca²⁺/T的红外光谱。(b) TiO₂和Ca²⁺/T的O 1s XPS光谱。(c) TiO₂和Ca²⁺/T的拉曼光谱。(d)不同Ca²⁺含量下TiO₂和Ca²⁺/T的XRD谱图。(e) TiO₂和Ca²⁺/T的结构模型。

图2. (a) TiO₂、Ca²⁺/T和(b) G的Zeta电位。Ca²⁺/T/G的(c) C 1s和(d) C 2p的高分辨率XPS光谱。(e) G、Ca²⁺/T和Ca²⁺/T/G的红外光谱。(f) Ca²⁺/T/G的结构模型。

图3. (a-g) Ca²⁺/T/G的透射电镜图像。Ca²⁺/T的(h) TEM图和(h)粒度图。Ca²⁺/T/G的(i)EDS元素映射图。

图4. (a) Ca²⁺含量对Ca²⁺/T/G电导率的影响。(b)不同Ca²⁺浓度下Ca²⁺/T/G的Nyquist图。(c)不同Ca²⁺浓度时Ca²⁺/T/G的放大频率Nyquist图。(d) T/G和Ca²⁺/T/G的Mott-Schottky图。

图5. (a) T/G和(b) Ca²⁺/T/G的能带结构。(c) T/G和(d) Ca²⁺/T/G的总态密度和偏态密度。

流程图2. Ca²⁺/T/G复合材料电导率提高的可能机理示意图。

相关研究成果由渤海大学、辽宁省二氧化钛粉体表面功能化重点实验室Zengying Ma等人于2023年发表在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。