Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Также диоксид титана может рассматриваться как самостоятельный анодный материал для литий-ионных аккумуляторов. Основным недостатком диоксида титана как анодного материала является его низкая электропроводность [1]. Диоксид титана является полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,2 эВ, поэтому как фотокатализатор он эффективен лишь при облучении УФ-светом. Считается, что TiO2 фотокатилитически активен, если содержит ионы Ti3+, концентрация которых обычно не превышает 1018-1020см-3 [2]. В процессе фотокатализа из-за образования кислорода Ti3+окисляется до Ti4+, что приводит к снижению ФКА материала. Для стабилизации и улучшения ФКА предложено модифицировать TiO2иновалентными ионами, например, катионами металлов, обладающих переменной валентностью [3]. Введение иновалентных катионов (например, Ni2+, Mo6+, B3+ и др.) в кристаллическую решетку диоксида титана приводит к перераспределению заряда в решетке, повышению дефектности структуры, а также увеличению электропроводности [4, 5]. С целью получения продукта, обладающего высокой ФКА, были исследованы [6-10] закономерности синтеза и свойства, модифицированного различными катионами диоксида титана. Синтезированные материалы обладают высокой ФКА, которая существенно меняется в зависимости от концентрации модифицирующей примеси и температуры термообработки. В данной статье изложены результаты исследований влияния модификатора и степени модифицирования диоксида титана на его электропроводность, показана корреляционная зависимость электропроводности исследуемых материалов с их фотокаталитическими свойствами. Подтверждено положение о том, что с увеличением электропроводности порошка увеличивается его ФКА и наоборот. В работе [11] описан косвенный метод оценки электропроводности ультрадисперсных порошков ряда материалов по их фотокаталитическим свойствам. Метод был использован для оценки электропроводности порошков диоксида титана, модифицированного высокими концентрациями катионов Fe+3, Nb5+ или W6+, для того чтобы выбрать составы и условия синтеза материалов на основе TiO2, перспективных для использования в качестве анодных материалов Li-ионных аккумуляторов. Высокая электропроводность таких материалов является основополагающим свойством, обеспечивающим возможность их использования с этой целью. В соответствии с экспериментальными данными были выбраны материалы, имеющие высокую ФКА, которые отправили на испытания в качестве анодных материалов для Li-ионных аккумуляторов. Испытания показали высокую удельную ёмкость этих образцов [12]. В качестве объектов для изучения удельной проводимости были отобраны образцы диоксида титана, модифицированные в широком диапазоне концентраций иновалентными катионами металлов (Fe, W, Al, Cu, Co), обладающих различной ФКА [6-10]. Температура термообработки всех образцов 600 оС. Измерения активной электрической проводимости (q) образцов проводили по двухэлектродной схеме измерителем L, C, R цифровым Е7-12 в ячейке зажимной конструкции при температуре 20 оС на частоте 1 МГц. Образцы для измерения готовили в виде прессованных (при давлении 2,5 т) цилиндрических таблеток (d = 1,21 см, h = 0,22-0,38 см), на торцы которых наносили графитовые электроды натиранием мелкодисперсного порошка. Удельную электропроводность рассчитывали по формуле [6]: с = h / R S , (1) где h — это толщина таблетки; S — площадь контакта (S= Пг2= 1,1493 см2); R — сопротивление таблетки (R = 1/q). Полученные значения удельной проводимости носят оценочный характер, так как при измерении проводимости в воздушной среде ее значения могут искажаться по причинам, описанным в работе [11]. Однако условия, при которых проводили измерения для различных образцов, одинаковы, поэтому возможные искажения будут равносильны для всего ряда опытов, что не скажется на выявляемых закономерностях. Полученные результаты суммированы и представлены в таблице и на рисунке. Зависимость удельной проводимости (с) диоксида титана от степени модифицирования Катион, мас. % h, см мС ■'3- ^ © $q R, кОм g T 0 -5, Ом-1•см-1 (См/см) 1 2 3 4 5 - 0,27 0,094 106,4 0,221 W-0,5 0,30 0,15 66,67 0,392 W-5 0,30 0,16 62,5 0,418 W-10 0,29 0,78 12,82 1,968 W-20 0,28 4,86 2,06 11,840 W-30 0,23 2,30 4,25 4,603 Fe-0,5 0,28 0,147 68,03 0,358 Fe-5 0,27 0,137 72,99 0,322 Fe-10 0,3 0,05 200 0,131 Fe-20 0,31 0,127 78,74 0,343 Fe-30 0,29 0,114 87,72 0,288 Fe-40 0,22 0,218 45,87 0,417 535