https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140503 近日，渤海大學化學與材料工程學院蔡鼎碩士研究生為第一作者，楊姝宜副教授為通訊作者的研究成果《Effect of mixed-phase TiO2 doped with Ca2+ on charge transfer at the TiO2/graphene interface》在國際著名期刊《Electrochimica Acta》（中科院top期刊，IF=6.901）發(fā)表。本文通過水熱法將Ca2+引入到混晶相TiO2晶格內，并通過靜電自組裝與石墨烯結合，有效地提高了TiO2/石墨烯界面的電荷轉移速率，增強了TiO2基導電涂料的導電性。結果表明：Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復合材料(T-G-Ca)具有良好的導電性，其最小電阻率為0.082 Ω cm，是單晶Ca/TiO2/石墨烯(0.58 Ω cm)的7倍。導電性能的提高是由于混合相TiO2比單晶TiO2更容易實現(xiàn)電子-空穴分離，特別是與Ca2+的協(xié)同作用顯著提高了載流子濃度。同時，石墨烯與Ca2+摻雜的混合相TiO2之間形成了新的三維導電路徑(Ca-O-C)，有效地提高了界面電荷轉移速率。正是載流子濃度和電荷轉移的顯著增強導致了電阻率的顯著降低。因此，T-G-Ca在導電涂料領域具有潛在的應用前景。導電涂層材料可以防止靜電火花引起的電擊、火災、爆炸等災害，保證了生產(chǎn)和運輸?shù)陌踩Ｔ诒姸鄬щ娡苛现?，基于TiO2的導電顏料因其成本低、白度高，無毒無害和化學穩(wěn)定性等各種優(yōu)勢特性而脫穎而出。然而，TiO2作為半導體，其寬帶隙限制了電荷的分離和移動，這嚴重限制了TiO2的應用。因此，人們采用表面修飾的方法來提高TiO2的物理性能和改變其電子結構，如金屬摻雜、高分子材料摻雜等方法。例如，帶有銻摻雜的氧化錫涂層（TiO2/ATO）通過在TiO2表面形成SnO2導電涂層來提高TiO2的導電性。然而，TiO2/ATO電阻率高、對稀有礦產(chǎn)資源需求大、污染嚴重等問題還沒有得到很好的解決。因此，有必要采用新的方法來合成具有優(yōu)良導電性、對稀有礦物資源依賴性低、生產(chǎn)條件溫和的TiO2基導電涂料。1.采用水熱法制備Ca2+摻雜的混合相TiO2，并通過靜電自組裝法與石墨烯結合。2.混合相TiO2和Ca2+的協(xié)同作用顯著提高了載體濃度和TiO2/石墨烯的界面轉移速率。3.這種Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復合材料在導電涂料領域具有很好的應用前景(b) T-Ca和石墨烯pH值對Zeta電位的影響；(a)石墨烯、TiO2、T-Ca、T-G和T-G-Ca的XRD譜圖；(c) TEM和(d) T-G-Ca的HRTEM圖像。(c)不同Ca2+含量的TiO2和T-Ca的XRD譜圖；(b, d) TiO2、石墨烯、T-G和T-G-Ca的Raman譜圖；(a)石墨烯、TiO2、T-G和T-G-Ca的FT-IR光譜；T-G-Ca的(c) Ca 2p, (d) C 1s, (e) O 1s和(f) Ti 2p的反褶積峰；T-G和T-G-Ca的C 1s (g), O 1s (h)和Ti 2p (i)的XPS譜圖。(a) TiO2、T-G、T-G-Ca的Tauc圖；(b) TiO2, (c) T-G和(d) T-G-Ca的Mott-Schottky圖；(e) TiO2, (f) T-Ca, (g) T-G和(h)T-G-Ca的態(tài)密度。(a)不同Ca2+和(b)石墨烯含量的T-G-Ca的電阻率；TiO2、T-G和T-G-Ca的(c) Nyquist曲線和(e)的循環(huán)伏安曲線；T-G-Ca中不同Ca2+含量的(d) Nyquist曲線和(f)循環(huán)伏安曲線。本論文采用水熱法制備了Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復合材料?；煜郥-G-Ca的電導率顯著高于單晶T-G-Ca。原因如下:(1)銳鈦礦/金紅石均質結的存在，使TiO2中電子空穴更容易轉移。(2) Ca2+的摻雜提供了新的能帶和傳導途徑(Ca-O-C)。(3)石墨烯與TiO2形成異質結，形成導電途徑和促進載體轉移的活性位點。鄂濤：博士，教授，渤海大學環(huán)境工程專業(yè)帶頭人，碩士研究生導師。遼寧省毛皮綠色制造產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長，渤海大學環(huán)境研究院副院長，錦州市金屬材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟專家委員，渤海大學環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術研究所所長。研究興趣：化工清潔生產(chǎn)工藝，土壤與水污染修復技術、低碳減碳工藝技術開發(fā)及鈦基功能材料的制備工藝及應用。在ACS Appl Mater Interfaces，J Hazard Mater，Sep Purif Technol，J CLEAN PROD，Mater. Today Chem， J. Environ. Chem. Eng等國際著名期刊上以第一/通訊作者發(fā)表SCI收錄論文25篇，主持24項科研項目，以第一發(fā)明人獲得授權發(fā)明專利13項，單項專利轉化額度超100萬，科技成果轉化合同金額623萬。
楊姝宜：渤海大學環(huán)境工程專業(yè)副教授，碩士生導師。研究興趣：土壤修復技術和固體廢物資源化。在J Hazard Mater，J CLEAN PROD，ACS Appl Mater Interfaces，Sep Purif Technol，Mater. Today Chem，J. Alloys Compd等國際著名期刊上以第一/通訊作者發(fā)表SCI收錄論文16篇，擔任《J Hazard Mater》，《Journal of Alloys and Compounds》，《Journal of Cleaner Production》，《Journal of Polymers and the Environment》等SCI知名期刊審稿人。
李運：博士，煙臺大學化學化工學院講師，碩士生導師。研究興趣：水污染修復技術和放射性污染治理與資源化。在J CLEAN PROD，ACS Appl Mater Interfaces，J. Alloys Compd，J. Colloid Interface Sci，Cellulose，等國際著名期刊上發(fā)表SCI收錄論文10余篇。
蔡鼎：渤海大學化學工藝專業(yè)碩士研究生。研究興趣：導電材料的制備與應用。目前在Electrochimica Acta期刊上發(fā)表SCI收錄論文1篇。https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013468622006624
