通訊單位：渤海大學(xué) 煙臺(tái)大學(xué) https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140503 近日，渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)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(guó)際著名期刊《Electrochimica Acta》（中科院top期刊，IF=6.901）發(fā)表。本文通過(guò)水熱法將Ca2+引入到混晶相TiO2晶格內(nèi)，并通過(guò)靜電自組裝與石墨烯結(jié)合，有效地提高了TiO2/石墨烯界面的電荷轉(zhuǎn)移速率，增強(qiáng)了TiO2基導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電性。結(jié)果表明：Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復(fù)合材料(T-G-Ca)具有良好的導(dǎo)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(dǎo)電性能的提高是由于混合相TiO2比單晶TiO2更容易實(shí)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(shí)，石墨烯與Ca2+摻雜的混合相TiO2之間形成了新的三維導(dǎo)電路徑(Ca-O-C)，有效地提高了界面電荷轉(zhuǎn)移速率。正是載流子濃度和電荷轉(zhuǎn)移的顯著增強(qiáng)導(dǎo)致了電阻率的顯著降低。因此，T-G-Ca在導(dǎo)電涂料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。導(dǎo)電涂層材料可以防止靜電火花引起的電擊、火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害，保證了生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)陌踩?。在眾多?dǎo)電涂料中，基于TiO2的導(dǎo)電顏料因其成本低、白度高，無(wú)毒無(wú)害和化學(xué)穩(wěn)定性等各種優(yōu)勢(shì)特性而脫穎而出。然而，TiO2作為半導(dǎo)體，其寬帶隙限制了電荷的分離和移動(dòng)，這嚴(yán)重限制了TiO2的應(yīng)用。因此，人們采用表面修飾的方法來(lái)提高TiO2的物理性能和改變其電子結(jié)構(gòu)，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(guò)在TiO2表面形成SnO2導(dǎo)電涂層來(lái)提高TiO2的導(dǎo)電性。然而，TiO2/ATO電阻率高、對(duì)稀有礦產(chǎn)資源需求大、污染嚴(yán)重等問(wèn)題還沒有得到很好的解決。因此，有必要采用新的方法來(lái)合成具有優(yōu)良導(dǎo)電性、對(duì)稀有礦物資源依賴性低、生產(chǎn)條件溫和的TiO2基導(dǎo)電涂料。1.采用水熱法制備Ca2+摻雜的混合相TiO2，并通過(guò)靜電自組裝法與石墨烯結(jié)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(zhuǎn)移速率。3.這種Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復(fù)合材料在導(dǎo)電涂料領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景(b) T-Ca和石墨烯pH值對(duì)Zeta電位的影響；二、T-G-Ca的結(jié)構(gòu)及合成機(jī)理 (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。三、T-G-Ca性質(zhì)及化學(xué)狀態(tài)分析 (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；(f) TiO2和T-Ca結(jié)構(gòu)模型。(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。四、T-G-Ca電性能及導(dǎo)電機(jī)制 (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。T-G-Ca電導(dǎo)率增強(qiáng)機(jī)理示意圖本論文采用水熱法制備了Ca2+摻雜的混合相TiO2/石墨烯復(fù)合材料?；煜郥-G-Ca的電導(dǎo)率顯著高于單晶T-G-Ca。原因如下:(1)銳鈦礦/金紅石均質(zhì)結(jié)的存在，使TiO2中電子空穴更容易轉(zhuǎn)移。(2) Ca2+的摻雜提供了新的能帶和傳導(dǎo)途徑(Ca-O-C)。(3)石墨烯與TiO2形成異質(zhì)結(jié)，形成導(dǎo)電途徑和促進(jìn)載體轉(zhuǎn)移的活性位點(diǎn)。鄂濤：博士，教授，渤海大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)帶頭人，碩士研究生導(dǎo)師。遼寧省毛皮綠色制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)，渤海大學(xué)環(huán)境研究院副院長(zhǎng)，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(xué)環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所所長(zhǎng)。研究興趣：化工清潔生產(chǎn)工藝，土壤與水污染修復(fù)技術(shù)、低碳減碳工藝技術(shù)開發(fā)及鈦基功能材料的制備工藝及應(yīng)用。在ACS Appl Mater Interfaces，J Hazard Mater，Sep Purif Technol，J CLEAN PROD，Mater. Today Chem， J. Environ. Chem. Eng等國(guó)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(xiàng)科研項(xiàng)目，以第一發(fā)明人獲得授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)，單項(xiàng)專利轉(zhuǎn)化額度超100萬(wàn)，科技成果轉(zhuǎn)化合同金額623萬(wàn)。
楊姝宜：渤海大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)副教授，碩士生導(dǎo)師。研究興趣：土壤修復(fù)技術(shù)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(guó)際著名期刊上以第一/通訊作者發(fā)表SCI收錄論文16篇，擔(dān)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(yùn)：博士，煙臺(tái)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師。研究興趣：水污染修復(fù)技術(shù)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(guó)際著名期刊上發(fā)表SCI收錄論文10余篇。
蔡鼎：渤海大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)碩士研究生。研究興趣：導(dǎo)電材料的制備與應(yīng)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
