Новые функциональные материалы, в том числе наноструктурированные, перспективные к применению в области электрохимических устройств сохранения и преобразования энергии

Отчет 48 с., 14 рис., 2 табл., 89 источн. ДИОКСИД ТИТАНА, ТИТАНАТ НАТРИЯ, TiO2(B), ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ, НАНОЧАСТИЦЫ, ПОРИСТОСТЬ, ДОПИРОВАНИЕ, ПРОВОДИМОСТЬ, МЕТАЛЛ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР, АНОД, ЕМКОСТЬ, ЦИКЛИРУЕМОСТЬ, НЕСТЕХИОМЕТРИЯ, ЦЕНТРЫ ОКРАСКИ, МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. В ходе выполнения работы, гидротермальным методом синтезированы нанотрубки допированного никелем трититаната натрия. Полученные продукты можно описать как твердые растворы с общей формулой Na2+xTi3–yNix+yO7–δ (x и y — ионы никеля, занимающие междоузлия между слоями и замещающие четырехвалентный титан в октаэдрах, соответственно). С помощью импедансной спектроскопии, ферромагнитного и парамагнитного резонансов исследовано влияние допирования никелем на электрофизические свойства слоистой керамики Na2Ti3O7. Найдено, что допирование никелем приводит к увеличению проводимости Na2Ti3O7 в 3–6 раз. Для содержащих никель образцов при температурах выше 350 K зафиксировано отклонение зависимости σ(T) от аррениусовской, что свидетельствует о смешанном ионно-электронном характере проводимости. Нанотрубчатый Na2Ti3O7 продемонстрировал многообещающие электрохимические характеристики как анодный материал для натрий-ионного аккумулятора. Допирование Na2Ti3O7 никелем способствует как улучшению стабильности такого материала при циклировании, так и его устойчивости к повышенным токовым нагрузкам. За счет объединения методов гидротермальной технологии, ионного обмена и вакуумного отжига получен имеющий серую окраску наноленточный, диоксид титана в модификации бронзы. По данным электронного парамагнитного резонанса, окрашивание бронзового полиморфа вызвано возникновением F-центров в решетке (захвативших электрон анионных вакансий). Согласно данным спектрофотометрии, присутствие кислородных вакансий приводит к «сужению» запрещенной зоны с 3,23 до 3,04 эВ и заметному изменению оптического поглощения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Исследование магнитных характеристик показало, что TiO2–δ(B) обладает ферромагнитным упорядочением при комнатной температуре, причем природа ферромагнетизма в нем явно дефектная (магнитные свойства определяются обменным взаимодействием между электронами, находящимися в вакансионной зоне).