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     本研究通過Ca²⁺修飾TiO₂表面，并結合石墨烯，設計開發了一種三元導電材料。從TEM表征中可以觀察到，Ca²⁺修飾的TiO₂納米粒子分散在石墨烯層上，界面接觸緊密。Ca²⁺/TiO₂/G的電阻率比未修飾的化合物降低了約70%。電導率的增強可歸因于Ca²⁺/TiO₂與G之間更強的結合強度，以及形成額外的電荷轉移途徑。因此，可以加速界面電荷轉移和電導率。此外，第一性原理計算證實，電荷轉移確實通過Ca²⁺修飾增加。這一結果證明了界面電荷轉移的改善對提高導電性能的重要性，并為未來導電材料的設計提供了新的思路。

 
流程圖1. Ca²⁺/T/G復合材料的合成過程示意圖。

 
圖1. (a)不同Ca²⁺含量下TiO₂和Ca²⁺/T的紅外光譜。(b) TiO₂和Ca²⁺/T的O 1s XPS光譜。(c) TiO₂和Ca²⁺/T的拉曼光譜。(d)不同Ca²⁺含量下TiO₂和Ca²⁺/T的XRD譜圖。(e) TiO₂和Ca²⁺/T的結構模型。

 
圖2. (a) TiO₂、Ca²⁺/T和(b) G的Zeta電位。Ca²⁺/T/G的(c) C 1s和(d) C 2p的高分辨率XPS光譜。(e) G、Ca²⁺/T和Ca²⁺/T/G的紅外光譜。(f) Ca²⁺/T/G的結構模型。

 
圖3. (a-g) Ca²⁺/T/G的透射電鏡圖像。 Ca²⁺/T的(h) TEM圖和(h)粒度圖。 Ca²⁺/T/G的(i)EDS元素映射圖。

 
圖4. (a) Ca²⁺含量對Ca²⁺/T/G電導率的影響。(b)不同Ca²⁺濃度下Ca²⁺/T/G的Nyquist圖。(c)不同Ca²⁺濃度時Ca²⁺/T/G的放大頻率Nyquist圖。(d) T/G和Ca²⁺/T/G的Mott-Schottky圖。

 
圖5. (a) T/G和(b) Ca²⁺/T/G的能帶結構。(c) T/G和(d) Ca²⁺/T/G的總態密度和偏態密度。

 
流程圖2. Ca²⁺/T/G復合材料電導率提高的可能機理示意圖。
 
     相關研究成果由渤海大學、遼寧省二氧化鈦粉體表面功能化重點實驗室Zengying Ma等人于2023年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號