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一维钛基纳米材料由于优良的物理和化学性质,在能量转换与储存、光催化领域具有很高的研究价值和广阔的应用前景。然而,钛基纳米材料在应用过程中存在诸多不足,严重阻碍了其进一步发展。例如,由于较宽的带隙和较高的离子扩散能垒,钛基纳米材料具有差的电子电导率和较低的Li+/Na+迁移率。Na2Ti3O7电极的固体电解质界面膜不稳定且嵌钠/脱钠过程中结构变形,导致其库伦效率低,循环过程中容量持续容量衰减。纳米TiO2的带隙较宽(3.2 eV),可见光光催化活性低,循环利用性差。为挖掘钛基材料在高性能储能和可见光催化领域的潜力,本文利用一维钛基纳米材料构筑钛基网络纳米复合物,一方面提供更直接的扩散路径,实现快速的离子脱嵌或光催化降解反应;另一方面避免了纳米材料常见的团聚问题,实现了长的循环寿命,从而获得更优的电化学和可见光催化性能。(1)超长混晶TiO2纳米线/还原氧化石墨烯纳米复合材料用于高性能锂存储:采用静电吸引结合真空热处理法制备超长TiO2纳米线/还原氧化石墨烯(RGO)导电网络电极。此电极在0.1 C(1 C=335 mA g-1)的倍率下展现出高达259.9 mAh g-1的可逆容量,并且具有优异的循环性能,在25 C下循环5000圈可保持111.9 mAh g-1的高比容量。TiO2/RGO良好的电化学性能是由于超长TiO2(B)/锐钛矿异质纳米线组成稳固的互穿网络,既免于使用电化学惰性的聚合物粘结剂和导电剂,又提供了直接的离子/电子传输路径和额外的Li+存储位点,还有效避免了长期充电/放电过程中TiO2/RGO组分的团聚;同时,RGO片协同增强了 TiO2/RGO纳米复合材料的电子电导率并扩大其比表面积。(2)化学键合的N掺杂TiO2纳米线/RGO杂化材料用于高性能锂存储:采用光催化还原结合抽滤、真空热处理法,制备Ti3+-C键合的N掺杂TiO2纳米线/RGO自支撑电极。自支撑电极在结构上避免使用电化学惰性的铜箔集流体,实现了轻质的特性;并展现出优异的倍率和循环性能,在50 C(1 C=335 mA g-1)循环10000圈仍保持高比容量101.8 mAhg-1。Ti3+-C键和N掺杂异质Ti02网络抗团聚结构增强了电极的电子电导率、Li+扩散动力学和循环寿命,使得自支撑电极具有优异的电化学性能。(3)核-双壳层结构的Na2Ti3O7@TiO2@N掺杂碳网络用于高性能钠储存:以Na2Ti3O7互穿网络为基础,采用可控表面H+离子交换、多巴胺/吡咯修饰结合真空热处理法,制备核-双壳层结构Na2Ti3O7@TiO2@N掺杂碳互穿网络钠电负极。此电极在电流密度50 C(1 C=177 mA g-1)下循环1000圈后,仍保持67.2 mA h g-1的高比容量。未添加电化学惰性的聚合物粘结剂、直接的Na+/电子扩散路径、增强Na2Ti307稳定性和导电性的合理结构设计都有利于增强电极的电化学性能。(4)Ag纳米颗粒修饰静电纺丝TiO2薄膜用于高性能可见光光催化降解:为形成可回收的钛基网络催化剂,以静电吸引力为驱动,在静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纤维上原位生长TiO2壳,并用多巴胺和Ag修饰得到可见光催化PAN@TiO2/Ag膜。所制备的薄膜降解亚甲基蓝,可见光催化活性高,回收再利用性良好。这是缘于PAN@TiO2网络实现了薄膜的回收再利用性,聚多巴胺和Ag纳米颗粒修饰增强了可见光吸收,并抑制了电子/空穴复合。